高吸水樹脂對Cu2+的吸附容量及脫除率的影響研究

含重金屬廢水是對環(huán)境污染最嚴(yán)重和對人體危害最大的工業(yè)廢水。由于含鉻、鎳、銅等重金屬的廢水或廢渣的排放，通過土壤及水對人類產(chǎn)生危害，特別是某些重金屬及其化合物能在生物體內(nèi)富集，通過飲水和食物鏈的作用，對人類產(chǎn)生更廣泛和更嚴(yán)重的危害。因此，含重金屬離子廢水的治理一直是人們關(guān)注的重點(diǎn)和難點(diǎn)。近年來，吸附法是處理重金屬廢水的一種比較有效的方法，其中，吸附劑的選擇對廢水的治理和貴重金屬的回收至關(guān)重要，且在環(huán)境保護(hù)和資源利用方面有著廣闊的應(yīng)用前景。

一、實(shí)驗(yàn)

1、藥品及儀器 馬鈴薯淀粉，N，N'-亞甲基雙丙烯酰胺，分析純，國藥集團(tuán)上?；瘜W(xué)試劑公司；丙烯酸，分析純，上海國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；丙烯酰胺，分析純，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所；過硫酸鉀，分析純，北京化學(xué)試劑公司；硝酸銅，分析純，天津市科密歐化學(xué)試劑開發(fā)中心；氫氧化鈉，分析純，天津博迪化工集團(tuán).原子吸收分光光度儀（8510型），上海； DENVER TP-214電子分析天平（北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司）；DGX-9003系列鼓風(fēng)干燥箱（上海?，攲?shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）；220V.AC.1000W電子調(diào)溫電熱爐、標(biāo)準(zhǔn)篩。

2、高吸水樹脂的合成

將馬鈴薯淀粉、去離子水、部分中和的丙烯酸及其鈉鹽溶液、引發(fā)劑和交聯(lián)劑在攪拌下混合均勻，然后在氮?dú)獗Ｗo(hù)下水浴加熱緩慢升溫，達(dá)到一定溫度時停止攪拌，在沸水浴中保溫一段時間后停止通氮?dú)猓瑢a(chǎn)品取出，剪成小塊，于烘箱中烘干至恒重，粉碎，即得馬鈴薯淀粉接枝丙烯酸型高吸水樹脂（以下簡稱SAR-Ⅰ）。

3、基本吸液性能測試

準(zhǔn)確稱取0.5 g高吸水樹脂樣品于燒杯中，置于一定量去離子水（自來水、生理鹽水等待測液）中，待吸液完畢后，用紗布濾去未吸收的水，至無水滴滴下為止并計(jì)算吸水率：

4、樹脂吸附及脫除金屬離子能力的表征參數(shù)

1. 吸附容量：將一定量的高吸水樹脂與一定量已知濃度的重金屬離子溶液混合，攪拌均勻，經(jīng)過足夠長的時間，使之達(dá)到吸附平衡，測定吸附前后溶液的體積及重金屬離子的濃度，按公式計(jì)算出每克高吸水樹脂吸附的重金屬離子的質(zhì)量，即吸附容量，用 a 表示：

2. 脫除率：根據(jù)吸附前后溶液的體積和重金屬離子的濃度，計(jì)算重金屬離子的脫除率 （D）：

以上兩式中： ms為高吸水附樹脂的質(zhì)量，g；

V0 為吸附前溶液的體積，L；

V1 為吸附后溶液的體積，L；

M0 為重金屬離子的起始濃度，mol/L；

M1 吸附后溶液中重金屬離子的濃度，mol/L。

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

本文用靜態(tài)法測定高吸水樹脂對重金屬離子的去除條件和去除效果。配制一定濃度的硫酸銅溶液，在一定體積的該溶液中加入設(shè)定量的高吸水樹脂，攪拌一定時間后靜置，待其達(dá)到吸附平衡后，測定吸附前后溶液的體積和溶液中重金屬離子的濃度。

1、丙烯酸中和度對吸附的影響

準(zhǔn)確稱取數(shù)份0.05 g不同丙烯酸中和度時制備的SAR-Ⅰ樣品，分別置于初始濃度均為80 mg/L的Cu2+溶液中，研究丙烯酸中和度對高吸水樹脂吸附容量的影響。高吸水樹脂對銅離子的吸附量和脫除率都隨丙烯酸中和度增大而增大。這主要是因?yàn)閱误w中和度增大時，樹脂中的-COOH主要以配位能力強(qiáng)的-COO—存在，由于螯合作用使其表現(xiàn)出對銅離子較強(qiáng)的脫除作用，另外，高吸水樹脂本身具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)有利于攔截大于網(wǎng)格直徑的重金屬離子，加之高吸水樹脂在重金屬溶液中不但發(fā)生離子交換，也有對離子溶液的吸收，這幾方面都會增加樹脂的吸附容量和脫除率。

2、金屬離子濃度對吸附的影響

3、光電子能譜表征

三、結(jié)論

研究了SAR-Ⅰ對重金屬離子Cu2+的靜態(tài)等溫吸附性能，研究了不同丙烯酸中和度的產(chǎn)品、Cu2+濃度兩個因素對吸附容量及脫除率的影響，結(jié)果表明：

（1）SAR-I對銅離子的吸附量和脫除率都隨合成樹脂時丙烯酸中和度增大而增大；

（2）隨著銅離子濃度的增加，吸附容量不斷增加，而脫除率先增加后降低；

（3）SAR-Ⅰ對重金屬離子Cu2+吸附能力較好，并由XPS驗(yàn)證了銅離子在樹脂上的吸附。