環(huán)境聚合材料演講課件

聚吡咯/2,5-二氨基苯磺酸合成材料選擇性去除水溶液中的Cr(VI)1研究背景2實(shí)驗(yàn)過(guò)程及分析3結(jié)語(yǔ)1.研究背景廣泛的采礦和工業(yè)活動(dòng)釋放重金屬離子進(jìn)入環(huán)境，并在生物體和食物鏈中積累。而鉻就是其中的一種，鉻是一種主要的重金屬污染物，通常發(fā)生在工業(yè)廢水中，它被用于一系列的產(chǎn)品和應(yīng)用。來(lái)源皮革鞣制鉻鍍電木材保存合金制造染料油漆水生環(huán)境中鉻的存在形態(tài)：Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)兩者的區(qū)別：Cr(Ⅲ)：既沒(méi)有毒性性，也是不是致癌物；Cr(Ⅵ)：在環(huán)境中不僅是劇毒物質(zhì)，還具有遷移性。Cr(VI)是一種有效的誘變劑和致癌物，會(huì)影響皮膚，使身體的一系列疾病，肺、肝、腎和胃。限量值：飲用水≤0.05mg/L，地表水≤0.1mg/L，常規(guī)水處理鉻的去除工藝1）化學(xué)沉淀法2）離子交換法3）電化學(xué)沉積法4）氣浮法本次實(shí)驗(yàn)研究選用吸附法，目前吸附法已被確定為一種理想的去除技術(shù)，其高效、經(jīng)濟(jì)、可行和環(huán)保用活性炭作吸附劑吸附去除水溶液中的Cr(Ⅵ)是應(yīng)用最廣泛，但是其價(jià)格較貴，選擇性較差；從工業(yè)或農(nóng)業(yè)廢棄物中獲得吸附劑，其對(duì)Cr(Ⅵ)吸附性能較差，且不容易再生利用。目前聚合物引起廣泛注意，因?yàn)榫哂须娨?，電化學(xué)性，良好的穩(wěn)定性，無(wú)毒，易于生產(chǎn)，成本低等優(yōu)勢(shì)。PPy（聚吡咯）具有多孔結(jié)構(gòu)、形態(tài)可調(diào)、獨(dú)特的氧化還原、不溶性、離子交換使Cr(Ⅵ)還原為Cr(Ⅲ)等性質(zhì)。PPy在水中的分散性并不好，因?yàn)樵谳^強(qiáng)的π-π*作用下易于形成不規(guī)則的團(tuán)塊，而為了防止結(jié)塊和增大比表面積，所以研究對(duì)其改性處理。2.實(shí)驗(yàn)過(guò)程及分析2.1實(shí)驗(yàn)材料1)吡咯單體(Py)，真空蒸餾2)無(wú)水氯化鐵（Ⅲ）（FeCl3）3)

2,5-二氨基苯磺酸(DABSA)4)鹽酸5)氫氧化鈉6)重鉻酸鉀7)

1,5-二苯基卡巴肼2.2PPy/DABSA的合成PPy/DABSA復(fù)合材料是由以FeCl3為氧化劑在Py和DABSA的原位化學(xué)氧化聚合。實(shí)驗(yàn)步驟：1)稱取0.3gDABSA，溶解于120mL去離子水中；2)加入0.6mLPy，室溫?cái)嚢瑁?)加入6.6g三氯化鐵，攪拌15min;4)靜置一夜5)過(guò)濾得到聚合物材料，用去離子水和丙酮清洗6)將聚吡咯材料于60攝氏度進(jìn)行干燥，直至得到1g材料2.2PPy/DABSA復(fù)合材料吸附Cr（VI）特性研究Fig.1(A)ATR-FTIRspectraof(a)PPy,(b)PPy/DABSAcompositeand(c)PPy/DABSAcompositeafterCr(VI)adsorption,C=CC-NC-HC-HC-NS=OC-S紅外光譜分析研究聚吡咯、PPy/DABSA復(fù)合材料吸附Cr(VI)前后的化學(xué)成分。Fig.1(B)XPSsurveyspectraofPPy/DABSAcompositebeforeandafterCr(VI)adsorptionXPS研究PPy/DABSA復(fù)合材料吸附Cr(VI)前后的元素組成。FE-SEM研究聚吡咯和PPy/DABSA的表面形態(tài)。Fig.2FE-SEMimagesof(A)PPyhomopolymerand(B)PPy/DABSAcompositeEDX研究聚吡咯、PPy/DABSA復(fù)合材料吸附Cr(VI)前后的元素組成。Fig.3.(A)EDXspectraof(a)PPy,(b)PPy/DABSAcompositeand(c)PPy/DABSAcompositeafterCr(VI)adsorptionXRD對(duì)聚吡咯、PPy/DABSA的研究Fig.3.(B)XRDpatternsfor(a)PPyand(b)PPy/DABSAcompositeTGA對(duì)聚吡咯、PPy/DABSA的研究Fig.3.(C)XRDpatternsfor(a)PPyand(b)PPy/DABSAcomposite2.2pH值對(duì)PPy/DABSA復(fù)合材料吸附Cr（VI）的影響Fig.4.(A)EffectofpHonCr(VI)adsorptionby(a)PPyhomopolymerand(b)PPy/DABSA溶液pH影響吸附劑的表面電荷和金屬離子形態(tài)。Fig.4.(C)PlottodeterminethepHPZCforPPy/DABSAcomposite.Zata電位圖PossiblemechanismforCr(VI)removalbyPPy/DABSAcomposite.pH=2時(shí)PPy/DABSA復(fù)合材料吸附Cr(VI)反應(yīng)機(jī)理2.3吸附劑量的影響58%100%C(Cr)=100mg/LEffectofadsorbentdoseonCr(VI)adsorptionbyPPy/DABSAcomposite.2.3吸附等溫線吸附等溫線對(duì)于實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和有效運(yùn)行中研究吸附劑和吸附物之間的影響必不可少。Fig.5.(A)AdsorptionequilibriumisothermsforCr(VI)removalbythePPy/DABSAcompositeandfitofdatatonon-linearLangmuirandFreundlichisothermmodels;(B)FitofdatatolinearizedLangmuirisothermmodel.等溫線是根據(jù)兩個(gè)常見等溫線模型獲得的，即朗繆爾吸附等溫模型和弗羅因德利希吸附等溫模型。非線性和線性方程依次為：式中：qm(mg/g)—朗繆爾模型的最大吸附量；

b(L/mg)—朗格繆爾常數(shù)；

KF(mg/g)—弗羅因德利希吸附常數(shù)2.4熱力學(xué)研究熱力學(xué)參數(shù)與吸附過(guò)程相關(guān)，熵變，焓變，自由能變通過(guò)等溫?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。方程為：式中：R(J/mol/K)—?dú)怏w常數(shù)；

m(g/L)—吸附劑的量；

Kc(mg/g)—平衡常數(shù)；PlottoobtainthermodynamicparametersforCr(VI)adsorptionbythePPy/DABSAcompositePlottoobtainthermodynamicparametersforCr(VI)adsorptionbythePPy/DABSAcomposite2.5吸附動(dòng)力學(xué)在實(shí)際的工業(yè)廢水處理中吸附劑應(yīng)具有高效的吸附能力，并表現(xiàn)出快速的吸附動(dòng)力學(xué)才認(rèn)為是切實(shí)可行的。Fig.6.(A)EffectofcontacttimeonCr(VI)removalbythePPy/DABSAcompositefordifferentinitialconcentrationsandfitofdatatopseudo-first-orderandpseudo-secondorderkineticmodels,(B)Fitofdatatolinearizedpseudo-second-orderkineticmodel.擬一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程和擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程。非線性和線性方程依次為：式中：qe(mg/g)—吸附平衡時(shí)的吸附量；2.6離子共存的影響含有工業(yè)廢水也同樣含有大量的其他金屬離子，可以與Cr(VI)產(chǎn)生吸附位點(diǎn)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，并降低Cr(VI)去除率。比如Cu2+、Zn2+、Ni2+、Cl-、NO3-、SO42-。Fig.7.(A)Effectofco-existingionsontheremovalofCr(VI)byPPy/DABSAcompositeFig.7.(B)Adsorption-desorptioncycles2.7解吸/再生研究在工業(yè)廢水處理中，吸附劑的再生和再利用是經(jīng)濟(jì)可行性的重要因素。3.結(jié)語(yǔ)用DABSA對(duì)PPy進(jìn)行改性是通過(guò)原位化學(xué)氧化聚合吡咯和2,5-二氨基苯磺酸實(shí)現(xiàn)的。聚吡咯/DABSA復(fù)合材料對(duì)Cr（VI）的吸附容量最高為303mg/g（25℃）且pH值為2。水溶液中聚吡咯/DABSA復(fù)合材料對(duì)Cr（VI）具有較高的選擇性。熱力學(xué)研究表明吸附過(guò)程是吸熱和自發(fā)的。動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)