含膦酸基团吸附材料的制备及吸附性能研究

论文摘要

吸附材料的基体主要有无机材料、有机高分子和生物材料三类，而含膦酸基团的吸附材料能与某些金属离子形成螯合配位键，因此可用于重、贵金属离子的分离富集。本文采用不同改性方法对硅胶及荞麦皮进行膦酸改性，设计合成了几种新型的含膦酸基团的吸附材料，并对其结构进行了红外光谱分析、电镜分析、热重分析、X-射线衍射分析等表征，并研究了所合成的含膦酸基团的吸附材料和D418型氨基膦酸树脂的吸附性能。1.以硅胶为基质，采用异相法和均相法，制得两种含氨基膦酸基团的吸附材料SG-T-P-1和SG-T-P-2。研究了SG-T-P-2在水相体系中以及SG-T-P-1和SG-T-P-2在乙醇体系中对Hg（II）的吸附性能。结果表明，吸附过程属于液膜扩散机理；等温吸附符合Langmuir等温吸附方程；拟二级动力学方程能更好的描述其吸附过程；在无水乙醇体系，SG-T-P-2比SG-T-P-1对Hg（II）的吸附效果更好。2.以球形硅胶为基质，采用乙烯基三乙氧基硅烷作为偶联剂，制备了吸附材料氨基膦酸聚苯乙烯包覆硅胶SG-PS-N-P，静态吸附实验结果表明，吸附材料对Au（III）的吸附过程符合Langmuir等温吸附方程，拟二级动力学方程能更好的描述其吸附过程，吸附过程为自发的、吸热的、熵增大的过程。吸附材料对Au（III）具有极好的吸附选择性。用0.1mol/L HCl+2%硫脲可以实现Au（III）的完全解吸。采用Box-Behnken设计原理优化实验，当初始pH2.0，吸附剂质量16.61mg，初始金属离子浓度7.28mmol/L时，吸附量为3.4785±0.005mmol/g，而理论预测值为3.4796mmol/g。3.研究了D418型氨基膦酸树脂对金属离子的吸附性能。结果表明，吸附材料对Au（III）的吸附过程属于液膜扩散机理；等温吸附符合Langmuir等温吸附方程，吸附过程属于化学吸附，拟二级动力学方程能更好的描述其吸附过程。吸附过程为自发的、吸热的、熵增大的过程。吸附材料对Au（III）具有极好的吸附选择性。用0.1mol/L HCl+5%硫脲可以实现Au（III）的完全解吸。4.以荞麦皮为基体，采用有机膦酸对荞麦皮进行改性，制得膦酸改性荞麦皮。并研究了改性前后荞麦皮的吸附性能，静态吸附实验结果表明，120目BH对Au（III）和Hg（II）表现出较高的吸附量。120目BH和HEDP-BH对Au（III）的吸附性能最好。并且HEDP-BH对Au（III）的吸附量要大于改性前的BH的吸附量。（1）两种吸附材料对Au（III）的吸附结果表明：120目BH和HEDP-BH对Au（III）的吸附过程属于液膜扩散机理；120目BH和HEDP-BH对Au（III）的吸附符合Langmuir等温吸附方程；BH对Au（III）的吸附符合拟一级动力学方程，而拟一级动力学方程和拟二级动力学方程均能较好的描述HEDP-BH对Au（III）的吸附；BH和HEDP-BH对Au（III）的吸附过程为自发的、吸热的、熵增大的过程；120目BH和HEDP-BH对金的吸附选择性均非常好。（2）BH对Hg（II）的吸附结果表明：120目BH对Hg（II）的吸附过程属于液膜扩散机理；吸附过程符合Langmuir等温吸附方程；拟二级动力学方程能更好的描述BH对Hg（II）的吸附，吸附过程为自发的、吸热的、熵增大的过程；120目BH对Hg（II）具有较好的吸附选择性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 以硅胶为基体的吸附材料
• 1.1.1 改性硅胶在水相体系中的吸附性能
• 1.1.2 改性硅胶在乙醇体系中的吸附性能
• 1.2 以有机高分子为基体的吸附材料
• 1.2.1 氨基膦酸型螯合树脂
• 1.2.1.1 氨基膦酸型螯合树脂对多种金属离子的吸附
• 1.2.1.2 氨基膦酸型螯合树脂对多种稀土离子的吸附
• 1.2.2 珠状酚醛系氨基膦酸树脂
• 1.2.3 氨基膦酸羧酸螯合树脂（APCR）
• 1.2.4 载 Fe（III）和载 La（III）的氨基膦酸型螯合树脂
• 1.3 以农林废弃物为基质的吸附材料
• 1.3.1 直接作为吸附材料
• 1.3.2 制备活性炭吸附剂
• 1.3.3 农林废弃物改性后用作吸附剂
• 1.4 膦酸
• 1.5 本课题的提出及研究内容
• 第二章 氨基膦酸改性硅胶的合成及吸附性能研究
• 2.1 前言
• 2.2 主要仪器与试剂
• 2.3 氨基膦酸改性硅胶的合成
• 2.3.1 氨基膦酸改性硅胶的合成路线
• 2.3.2 硅胶的活化
• 2.3.3 SG-T-P-1 的合成
• 2.3.4 SG-T-P-2 的合成
• 2.4 吸附性能的测定
• 2.4.1 水相体系中吸附性能的研究
• 2.4.1.1 pH 值对吸附性能的影响
• 2.4.1.2 吸附动力学
• 2.4.1.3 吸附热力学
• 2.4.1.4 吸附选择性
• 2.4.2 乙醇体系中吸附性能的研究
• 2.4.2.1 静态饱和吸附量的测定
• 2.4.2.2 吸附动力学
• 2.4.2.3 吸附热力学
• 2.4.2.4 吸附选择性
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 表征部分
• 2.5.1.1 红外光谱表征
• 2.5.1.2 扫描电镜分析
• 2.5.1.3 能谱分析
• 2.5.1.4 孔结构分析
• 2.5.1.5 热稳定性分析
• 2.5.1.6 XRD 分析
• 2.5.2 SG-T-P-2 在水相体系中对 Hg（II）的吸附性能研究
• 2.5.2.1 pH 值对吸附性能的影响
• 2.5.2.2 吸附动力学
• 2.5.2.3 吸附热力学
• 2.5.2.4 吸附选择性
• 2.5.3 SG-T-P-1 和 SG-T-P-2 在乙醇体系中对金属离子的吸附性能研究
• 2.5.3.1 静态饱和吸附量的测定
• 2.5.3.2 吸附剂的质量对乙醇体系中 Hg（II）的吸附量的影响
• 2.5.3.3 吸附动力学
• 2.5.3.4 吸附热力学
• 2.5.3.5 吸附选择性
• 2.6 本章小结
• 第三章 氨基膦酸聚苯乙烯包覆硅胶的制备表征及对 Au（III）的吸附性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 主要仪器与试剂
• 3.3 氨基膦酸聚苯乙烯包覆硅胶的合成
• 3.3.1 氨基膦酸聚苯乙烯包覆硅胶的合成路线
• 3.3.2 硅胶的活化
• 3.3.3 SG-PS-N-P 的合成
• 3.4 吸附性能的测定
• 3.4.1 pH 值对吸附性能的影响
• 3.4.2 吸附动力学
• 3.4.3 吸附热力学
• 3.4.4 吸附选择性
• 3.4.5 洗脱再生
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 表征部分
• 3.5.1.1 红外光谱表征
• 3.5.1.2 扫描电镜分析
• 3.5.1.3 能谱分析
• 3.5.1.4 孔结构分析
• 3.5.1.5 热稳定性分析
• 3.5.1.6 XRD 分析
• 3.5.2 吸附性能
• 3.5.2.1 静态饱和吸附量的测定
• 3.5.2.2 pH 值对吸附性能的影响
• 3.5.2.3 吸附动力学
• 3.5.2.4 吸附热力学
• 3.5.2.5 吸附选择性
• 3.5.2.6 洗脱
• 3.5.3 响应面法优化 SG-PS-N-P 对 Au（III）的吸附行为
• 3.5.3.1 响应面的分析设计
• 3.5.3.2 数据输入及响应面分析法处理
• 3.5.3.3 响应面优化反应条件
• 3.6 本章小结
• 第四章 D418 型氨基膦酸树脂对 Au（III）的吸附性能研究
• 4.1 前言
• 4.2 主要仪器与试剂
• 4.3 D418 型氨基膦酸树脂的预处理
• 4.4 吸附性能的测定
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 静态饱和吸附量的测定
• 4.5.2 pH 值对吸附性能的影响
• 4.5.3 吸附动力学
• 4.5.4 吸附热力学
• 4.5.5 吸附选择性
• 4.5.6 洗脱
• 4.6 本章小结
• 第五章 膦酸改性荞麦皮的合成及吸附性能研究
• 5.1 前言
• 5.2 主要仪器与试剂
• 5.3 吸附材料的制备
• 5.3.1 荞麦皮的预处理
• 5.3.2 膦酸改性荞麦皮的制备
• 5.4 吸附性能的测定
• 5.5 结果与讨论
• 5.5.1 表征部分
• 5.5.1.1 红外光谱分析
• 5.5.1.2 扫描电镜分析
• 5.5.1.3 能谱分析
• 5.5.1.4 热重分析
• 5.5.1.5 X-射线衍射分析
• 5.5.2 吸附性能
• 5.5.2.1 静态饱和吸附量的测定
• 5.5.2.2 pH 值对吸附 Au（III）的影响
• 5.5.2.3 吸附材料对 Au（III）的吸附动力学
• 5.5.2.4 吸附材料对 Au（III）的吸附热力学
• 5.5.2.5 吸附材料对 Au（III）的吸附选择性
• 5.5.2.6 pH 值对吸附 Hg（II）的影响
• 5.5.2.7 吸附材料对 Hg（II）的吸附动力学
• 5.5.2.8 吸附材料对 Hg（II）的吸附热力学
• 5.5.2.9 吸附材料对 Hg（II）的吸附选择性
• 5.6 本章小结
• 第六章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间取得的研究成果