新型吸附分离材料的制备与性能.ppt

1、新型吸附分离材料的制备与性能新型吸附分离材料的制备与性能引引 言言吸附法：广泛应用于化工过程、环境保护、医药卫广泛应用于化工过程、环境保护、医药卫生和生物工程等领域生和生物工程等领域在环境保护方面：用于去除水中微量污染物、净化用于去除水中微量污染物、净化废气、回收溶剂（如腐蚀性的氯化烃类化合物、反废气、回收溶剂（如腐蚀性的氯化烃类化合物、反应性溶剂和低沸点溶剂）等应性溶剂和低沸点溶剂）等优秀的吸附剂：l吸附能力强吸附能力强 吸附选择性好吸附选择性好 吸附平衡浓度低吸附平衡浓度低l机械强度好机械强度好 化学性质稳定化学性质稳定 容易再生容易再生/再利用再利用 l来源广、价廉、使用成本低来源广、价

2、廉、使用成本低吸附剂研究现状吸附剂研究现状活性炭：化学再生法（如臭氧再生法）、生物再生法和湿化学再生法（如臭氧再生法）、生物再生法和湿式氧化再生法是今后活性炭再生方法的发展方向式氧化再生法是今后活性炭再生方法的发展方向吸附树脂：高性能的新型树脂如磁性树脂、耐热树脂和特高性能的新型树脂如磁性树脂、耐热树脂和特效吸附树脂等，便于提高再生效率、扩大应用范围效吸附树脂等，便于提高再生效率、扩大应用范围淀粉类：提高其抗生物降解能力和抗氧化能力提高其抗生物降解能力和抗氧化能力纤维素及木质素（第一大天然高分子）类：通过化学改性、通过化学改性、接枝共聚等提高其吸附性能、再生效率以及抗氧化能力接枝共聚等提高其吸

3、附性能、再生效率以及抗氧化能力壳聚糖类（第二大天然高分子）：接枝共聚化、羧甲基化、接枝共聚化、羧甲基化、酰化、酰化、N-烷基化、酯化、交联、氧化烷基化、酯化、交联、氧化-还原等反应生成一系还原等反应生成一系列壳聚糖衍生物，赋予壳聚糖新的性能列壳聚糖衍生物，赋予壳聚糖新的性能其他吸附剂天然有机材料及改性：花生壳、玉米麸质、洋葱皮、茶叶等天然有机材料及改性：花生壳、玉米麸质、洋葱皮、茶叶等无机材料及其改性：粉煤灰、天然沸石、腐殖酸类物质、陶土、蒙无机材料及其改性：粉煤灰、天然沸石、腐殖酸类物质、陶土、蒙托石、高岭石、膨润土、泥炭、褐煤、硅石、粘土托石、高岭石、膨润土、泥炭、褐煤、硅石、粘土1、高选

4、择性螯合树脂P、As基团修饰树形螯合树脂的制备基团修饰树形螯合树脂的制备及其铀吸附机理研究及其铀吸附机理研究含铀废水的处理方法含铀废水的处理方法化学沉淀法化学沉淀法优点：优点：操作简单、费用低廉操作简单、费用低廉缺点：缺点：影响因素多，不同沉淀剂效果相差显著，影响因素多，不同沉淀剂效果相差显著，后续处理复杂，产生泥量大，不利于大型应用后续处理复杂，产生泥量大，不利于大型应用膜分离法膜分离法优点：优点：过程连续，不需进一步化学处理过程连续，不需进一步化学处理缺点：缺点：亟需解决的问题有膜材料制备、膜的使亟需解决的问题有膜材料制备、膜的使用寿命、工艺操作用寿命、工艺操作优点：优点：原材料来源广、成

5、本低，操作工艺简单原材料来源广、成本低，操作工艺简单缺点：缺点：工业应用方面研究还不够深入工业应用方面研究还不够深入生物吸附法生物吸附法溶剂萃取法溶剂萃取法优点：优点：提铀效率高提铀效率高缺点：缺点：消耗大量溶剂，易形成多相态，且萃取消耗大量溶剂，易形成多相态，且萃取装置操作复杂、要求高，环境问题装置操作复杂、要求高，环境问题离子交换吸附法离子交换吸附法优点：优点：离子交换剂配位能力强，提铀效率高离子交换剂配位能力强，提铀效率高缺点：缺点：常规离子交换树脂对含铀废水选择性差常规离子交换树脂对含铀废水选择性差优点：优点：PAMAM含有大量含有大量伯氨、叔氨和酰氨基，亲伯氨、叔氨和酰氨基，亲水性好

6、，众多孔道，并具水性好，众多孔道，并具备大分子协同效应备大分子协同效应缺点：缺点：难于纯化、分离，难于纯化、分离，不利于循环利用，且吸附不利于循环利用，且吸附选择不高选择不高 G4-PAMAM亲水性树形分子亲水性树形分子树形分子（树形分子（dendrimer）：具有随代数具有随代数(generation)增增长而呈几何数增长的官能长而呈几何数增长的官能团、几何对称性及内部纳团、几何对称性及内部纳米空腔米空腔。应用于。应用于金属纳米金属纳米复合材料、催化剂、膜材复合材料、催化剂、膜材料及废水处理等领域料及废水处理等领域研究构思研究构思n解决方案解决方案高选择性高选择性的新型的新型螯合树脂制备螯合

7、树脂制备：结合树脂的分结合树脂的分离优势与树形分子的吸附优势，将离优势与树形分子的吸附优势，将亲水性亲水性树形分子树形分子PAMAM固载在大孔树脂上，用含固载在大孔树脂上，用含P、As的基团修饰树形分子，的基团修饰树形分子，提高提高其选择性其选择性n成果发表成果发表nJournal of Hazardous Materials.2013,263:311nJournal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry.2013,298:1137PS-nG PAMAM-PPA的制备技术路线的制备技术路线FT-IR图(1)PS-0.5G PAMAM;(2)PS-NH

8、2;(3)PS-PPA;(4)PS-1.0G PAMAM-PPA;(5)PS-2.0 GPAMAM-PPA;(6)PS-3.0G PAMAM-PPA;(7)PS-4.0G PAMAM-PPA1740cm-1出现较明显的吸收峰，对应于-COO-的伸缩振动。整代PS-1.0G PAMAM-PPA树脂酯键的特征吸收峰消失，证明树形分子成功接枝于氨树脂床表面与PS-1.0G PAMAM-PPA树脂相比，PS-2.0G PAMAM-PPA到PS-4.0G PAMAM-PPA树脂的酯键的特征吸收峰没有完全消失。这主要因为分子间和分子内交联产物的形成PS-nG PAMAM-PPA螯合树脂在1217cm-1有

9、较强吸收峰，对应于P=O健的特征吸收，而1019和1006 cm-1吸收峰对应于P-OH健的伸缩振动合成材料表征合成材料表征PS-nGPAMAM-PPA螯合树螯合树脂脂XPS图及元素含量图及元素含量所有样品中的碳、氧、氮和磷的峰没有明显的差异在531.0eV的峰归因于C=O在399.0eV的峰归因于-NH-中的胺和酰胺氮含量随着PS-nG PAMAM-PPA代数的增加而增加磷含量随着PS-nG PAMAM-PPA含量的增加而减少1.0G2.0G3.0G4.0GAt.%Peak BEAt.%Peak BEAt.%Peak BEAt.%Peak BEP0.96133.390.59132.880.3

10、2132.440.28132.22C78.64284.7472.2284.7870.42284.7266.76284.75N9.79399.7115.55399.2516.09399.0519.58398.95O10.6531.4811.67530.9713.18530.713.39530.71Ratio of elements for the PS-nGPAMAM-PPA by XPS analysispH对各树脂吸附铀能力的影响树脂用量树脂用量对吸附铀能力的影响反应时间时间对PS-nGPAMAM-PPA在25及对PS-1.0GPAMAM-PPA在不同温度温度下吸附能力的影响材料吸附性能研究

11、材料吸附性能研究adsorbentsT()Pseudo-first-order kineticspseudo-second-order kineticsQe,exp/mg/gR12k1/gmg-1h-1Qe(cal)/mg/gR22k2/gmg-1h-1Qe(cal)/mg/gh/mgg-1h-10.0G 2585.430.80530.7056.180.99960.06287.72478.171.0G 586.200.95120.3175.670.99920.01588.66117.911596.610.91760.3579.940.99820.01797.17160.512599.890.8

12、3230.3784.470.99850.02499.61238.133599.970.67830.4086.530.99890.039101.30400.214599.990.57540.4487.500.99890.058101.58598.472.0G 2598.320.83690.3577.620.99580.01899.26177.353.0G 92.510.83250.3466.890.98880.01294.84107.944.0G 54.620.86030.2052.400.98020.007960.4228.84u实验所获Qe(exp)十分接近于拟二级方程计算所获理论Qe(ca

13、l)u吸附动力学拟二级方程的相关系数R20.98拟一级方程式及拟二级方程参数表拟一级方程式及拟二级方程参数表吸附动力学研究吸附动力学研究PS-1.0G PAMAM-PPA吸附热力学参吸附热力学参数数T LnKc(Lg-1)GKJ/molHKJ/molSJ/molKEaKJ/mol51.83-4.72102.90387.1426.48153.35-8.60256.81-12.47358.11-16.34459.21-20.21吸附吸附G为负值，说明吸附过程自发进行，且温度为负值，说明吸附过程自发进行，且温度升高时，升高时，G的绝对值增大，说明温度越高自发的绝对值增大，说明温度越高自发的程度越大，

14、温度越高铀与吸附位点之间的联系的程度越大，温度越高铀与吸附位点之间的联系越稳定，吸附能力越强越稳定，吸附能力越强焓变焓变H为正值，吸附过程是吸热过程为正值，吸附过程是吸热过程熵变熵变S值大于零，吸附过程自由度增加值大于零，吸附过程自由度增加G在所有温度下为负值，表明吸附过程是由熵而在所有温度下为负值，表明吸附过程是由熵而不是焓的变化为主不是焓的变化为主吸附热力学研究吸附热力学研究竞争离子状态下铀的吸附竞争离子状态下铀的吸附IonsThe concentration ratioaAdsorption(%)Na+100095.32K+96.44Mg2+10085.72Ca2+84.45Fe3+10

15、86.275079.94CO32-1055.485037.95Cl-100097.25NO3-98.96同等浓度条件下，同等浓度条件下，PS-1.0G PAMAM-PPA吸吸附铀能力比附铀能力比PS-PPA低，证明引入低，证明引入PAMAM分分子后，树脂易受竞争离子的影响子后，树脂易受竞争离子的影响吸附选择性吸附选择性(1)(3)(2)不同温度下的(1)Langmuir、(2)Freundlich及(3)Tempkin拟合图等温吸附等温吸附T()Langmuir constantsFreundlich parametersTempkin constantsQ0/mg/g b/L/mgR2KF1

16、/nR2bTBT/J/molAT/L/minR2589.750.0760.993349.390.150.75140.869.6516.350.820115101.510.0890.994457.940.130.82540.909.2626.950.879925106.580.0920.992970.060.100.88081.008.29129.220.908835108.370.0980.993671.180.090.87111.018.23162.660.906645110.550.0990.993973.230.090.83651.028.16236.810.8800经Langmuir吸附等温线拟合的线性相关系数为0.9920.994饱和吸附量Q0与吸附相关系数b与温度的变化方向一致，呈正相关，说明高温有利于吸附动态吸附性能研究动态吸附性能研究不同树脂对铀吸附的影响：不同树脂对铀吸附的影响：PS-1.0G PAMAM-PPA比PS-PPA先吸附平衡，吸附速率快，吸附效果好，因为有树形分支，其中PAMAM分子内部纳米空腔及较多的氨基配位增强了吸附能力不同流速对铀吸附的影响：不同流速