聚丙烯基阴离子交换纤维吸附过程研究.pdf

3 4 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年3 期 聚丙烯基阴离子交换纤维吸附过程研究 董缘，艾晓燕，兰新哲 西安建筑科技大学冶金工程学院，陕西西安，7 1 0 0 5 5 摘要研究了聚丙烯基阴离子交换纤维在含氰废水中的吸附，结果表明离子交换无纺布的吸附容量与 接枝率有关，接枝率越高吸附量越大。离子交换无纺布对氰化物及C u ，F e ，Z n 离子的吸附容量较大． 对氰化物及C u ，F e ，Z n 的最大吸附量条件是p H 在1 1 ．8 左右、室温 2 0 士2 “ C 、吸附时间2 0 ～3 0r a i n 。 关键词聚丙烯基阴离子交换纤维；吸附；含氰废液 中图分类号T Q 3 1 6 ．3 1 3文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 8 0 3 一0 0 3 4 0 3 S t u d yo nA d s o r p t i o no fA n i o nE x c h a n g eF a b r i co fP Pi n C y a n i d e - c o n t a i n i n gW a s t e w a t e r D O N GY u a n ，A IX i a o - y a n ，L A NX i n - z h e X i a nU r f i v e r s i t yo fA r c h i t e c t u r ea n dT e c h n o l o g y 。X [ a n7 1 0 0 5 5 ．C h i n a A b s t r a c t A d s o r p t i o no fa n i o ne x c h a n g ef a b r i co fP Pi nc y a n i d e - c o n t a i n i n gw a s t e w a t e rw a ss t u d i e d ．T h er e - s u l ts h o w st h a tt h ea d s o r p t i o nc a p a c i t yo fa n i o ne x c h a n g ef a b r i co fP Pi nc y a n i d e - c o n t a i n i n gw a s t e w a t e rr e 一 1 a t e sa n di n c r e a s e sw i t hi t sg r a f t i n gr a t e ．A d s o r p t i o nc a p a c i t yo ft h ef a b r i ct Oc y a n o g e nc o m p o u n d ，C u 2 ， F e z a n dZ n 2 i sl a r g e r ．T h eo p t i m u mc o n d i t i o ni s p H 11 ．8 ， 2 0 士2 ℃a n da d s o r p t i o nt i m e2 0 “ - - , 3 0 m i m K e y w o r d s A n i o ne x c h a n g ef a b r i co fP P ；A d s o r p t i o n ；C y a n i d e - c o n t a i n i n gw a s t e w a t e r ． 贵金属生产和金属电镀过程中产生大量含氰废 水废液，其成份复杂，主要含有大量游离C N 一、 S C N 一和多种金属络合物；氰化废水废液由于其氰 化物含量低，毒性大等特点，在对环境污染严重的同 时，难以采用常规方式进行处理，目前采用方法为离 子交换树脂选择性交换和氧化转化法。离子交换研 究表明，离子交换纤维具有比表面积大、应用形式多 样、对阴离子具有高效吸附选择性，有更快的吸附和 脱附速率、更大的离子交换容量；与树脂相比，在含 氰废水处理方面具有更高效率。 作者研究采用预辐射固体接枝聚合的方法制备 接枝共聚物，之后功能化制成阴离子交换纤维的方 法，对含氰废水进行处理；由于影响氰化物吸附过程 的因素众多，特别是溶液浓度、p H 值和吸附温度， 基金项目国家8 6 3 项百计划资助 2 0 c 3 A A 3 2 x 0 9 0 作者简介董缘 1 9 6 8 一 。女，陕西西安人，讲师．博士在读． 因此本文对聚丙烯无纺布接枝丙烯酸单体并质子化 之后的阴离子交换纤维的氰化物脱除过程进行了研 究。 1反应原理 聚丙烯 P P 接枝聚合、质子化和阴离子交换反 应及历程如图1 所示；P P 首先于丙烯酸进行接枝聚 合，形成接枝聚合物，之后采用多胺进行接枝聚合物 的氨化过程，形成含有氨基的复杂接枝聚合物；最后 为达到与氰化溶液中阴离子交换的目的，采用复杂 接枝聚合物与氯甲烷质子化的方式；质子化后的聚 丙烯阴离子交换材料与氰化物进行交换，主要是氯 离子与溶液中阴离子之间的交换过程。 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年3 期 3 5 十I 一c H 2 七 H ‘一洲_ ∞。H 十7 H c H 2 斗f “一c o o H c H 3 萌3C H 3 P P 一掣一c 吲．H 3 c ＼ C l H 夕N 一翻一洲一№3 H a 0 即一H n ∞一N H 一刚一c H N ＼c ／C 即一f H 二∞一w H 一洲一c 一一 c 翻一1 一一⋯一一卜一 1 一一q 一洲一∑M 一1 一一⋯一一 - 州 图1阴离子交换过程示意图 F i g ．1 R e a c t i o no fi o ne x c h a n g e 2实验研究方法 2 ．1 研究方法 研究采用聚合聚丙烯阴离子交换材料为试验用 材料，研究对实际氰化物溶液的吸附过程 采用中原 黄金冶炼厂工业溶液 ，采用吸附率和吸附容量为衡 量指标，研究吸附时间、吸附温度、溶液浓度、交换材 料用量等因素对离子吸附过程的影响。 2 ．2 实验原料 聚合聚丙烯阴离子交换材料，5 0g ／m 2 ，纤维直 径2 2p m ，自制；采用中原黄金冶炼厂工业溶液；试 验用其他试剂均为分析纯。 2 ．3 实验方法 将边长为1 0 0m m 的正方形预辐射后P P 无纺 布用丙酮浸泡2 4h 后，用蒸馏水洗至无味，放入 1 0 5 ℃恒温烘箱中干燥1 5 0r a i n 后称重；将无纺布与 单体、交联剂和阻聚剂放人三口瓶中，用氮气排氧5 r a i n 后加入恒温电热套内反应一定时间。反应后取 出无纺布，采用蒸馏水和甲醇浸泡洗涤以除去均聚 物。最后用盐酸、水除去残余引发剂和单体后放人 1 0 5 ℃恒温烘箱中干燥，恒重后称量计算接枝率。 2 ．4 接枝率计算 Dn E r ，．- 一_ 1 - - ／- 2 1 0 0 ％ 1 ．1 r l 式中，P ，和P 。分别指吸附前后含氰废液中含 氰的浓度 r a g ／L 3实验结果与讨论 3 ．1 接枝率对吸附容置的影响 选择以接枝率分别为4 5 ．3 2 ％、5 0 ．6 2 ％、， 6 0 ．7 1 ％和8 0 ．6 4 ％的自制无纺布，分别称取0 ．1g 于三个带塞锥形瓶中，分别加入2 0 0m L 提金氰化 尾液，室温下静态吸附2 4h ，测定吸附前后溶液中 C N 一离子浓度和铁、铜、锌的浓度，计算吸附容量， 结果见图1 。 图1吸附容置随接枝率变化图 F i g ．1 E f f e c to fa d s o r p t i o nc a p a c i t yo n p e r c e n to fg r a f t i n g 由图1 可知无纺布的吸附容量随接枝率的增 大而增大，因为随着接枝率的增大，无纺布中的有效 基团不断增多，使吸附容量增大。 3 ．2 溶液p H 对吸附容量的影响 分别称取0 ．1g 无纺布，置于2 0 0m Lp H 分别 为1 0 ．8 1 、1 1 ．3 2 、1 1 ．8 4 和1 2 ．3 0 的提金尾液中，溶 液C N 一离子浓度为1 3 3 3 ．9 0m g ／L ，在室温下静置 2 4h ，测定吸附前后溶液中C N 一离子浓度和铁、铜、 7挚∞叫≥歪争u∞uIqJoz莒 万方数据 3 6 有色金属 冶炼部分 2 0 0 8 年3 期 锌的浓度，计算吸附容量，结果见图2 。由图2 可 知随着p H 的增大，吸附容量先增加后略有减小。 故最佳p H 为1 1 ．8 4 。 f 笋 巨 ≤ 暑 ‘邑 8 址 ．量 七 爱 嚅 图2 吸附容量随p H 变化图 F i g ．2 E f f e c to fa d s o r p t i o nc a p a c i t yo np H 3 ．3 吸附时间对吸附容置的影响 将提金尾液p H 调至1 1 ．8 4 ，加入一定量的无 纺布，计时，分别在5 、1 0 、1 5 、2 0 、2 5 、3 0 、4 0 和6 0 r a i n 时取出1m L ，分别测定氰化物及金属离子浓 度，计算吸附容量，结果如图3 所示。由图3 可知 随着时间增大，吸附容量不断增加。故最佳时间为 3 0r a i n 。 ， ∞ E ． ．2 一- 一C N ‘ 一一C t l 4 - ” 一▲一F e 卦 ’一Z n “ 图3 吸附容量随时间变化图 F i g ．3E f f e c to fr e a c t i o nt i m eo n a d s o r p t i o nc a p a c i t y 3 ．4 温度对吸附容量的影响 将提金尾液p H 调至1 1 ．8 4 ，加入一定量的无 纺布，分别调节水浴锅水温为2 0 ℃、2 5 ℃、3 0 ℃、 3 5 ℃，静态吸附2 4h ，分别测定氰化物及金属离子 浓度，计算吸附容量，结果见表1 。由表1 可看出， 随着温度的升高，吸附量都有所增大，但增大的值非 常小，也就是说温度对无纺布吸附的影响不大，可以 选择常温吸附。 表1 温度对吸附容置的影响 T a b l e1E f f e c to ft e m p e r a t u r e o na d s o r p t i o nc a p a c i t y 4结论 1 该接枝离子交换无纺布对氰化物及C u ，F e ， Z n 离子的吸附容量较大。C u 2 的最大吸附容量为 3 8 9 ．7 7m g ／g 或2 3 ．1 4m g ／c m 2 ，C N 一的最大吸附容 量为1 4 9 3 ．4 1m g ／g 或8 8 ．6 7m g ／c m 2 ，F e 2 的最大 吸附容量为1 0 7 ．0 1m g ／g 或6 ．3 5m g ／c m 2 ，Z n 2 的 最大吸附容量为1 7 6 ．4 6m g ／g 或1 0 ．4 8m g ／c m 2 ； 2 该接枝离子交换无纺布的吸附容量与接枝 率有关，接枝率高的离子交换无纺布的吸附量高于 接枝率低的离子交换无纺布； 3 对氰化物及C u ，F e ，Z n 的吸附容量达到最 大的条件是p H 一1 1 ．8 左右，室温 2 0 士2 ℃ ，吸 附时间2 0 “ - , 3 0m i n 。 参考文献 [ 1 ] P i e c h i o n iF ，G o o s s e n sJGP ，v a nD u i nM ．S o l i ds t a t e m o d i f i c a t i o no fp o l y p r o p y l e n e [ J ] ．M a c r o m 0 1 ．S y m p ．， 2 0 0 1 ，1 7 6 1 2 4 5 _ 2 6 3 ． [ 2 ] Z h a oJ i a n q i n g ，G a oY u p i n g ，H u a n gT a o ，e ta 1 ．N o v e l t e c h n o l o g y ／o rP Ps o l i dp h a s eg r a f tp o l y m e r i z a t i o n [ J ] ． C h i n aS y n t h e t i cR u b b e rI n d u s t r y ，1 9 9 9 ，2 2 6 3 7 1 3 7 3 ． [ 3 3R a m e s h 。R e n g a r a j a n 。M i c h a e lV i c i c ，e ta 1 ．S o l i dp h a s e g r a f tc o p o l y m e r i z a t i o n [ J ] ．J o u r n a lo fA p p l i e dP o l y m e r S c i e n c e ，1 9 9 0 ，3 9 8 1 7 8 3 1 7 9 I ． [ 4 ] S - R e v M ．F u n c t i o n a lM o d i f i c a t i o no fP o l y p r o p y l e n e [ J ] ． M a c r o m o l C h e m P h y s ，1 9 9 4 ，3 4 5 5 5 5 6 0 6 ． [ 5 ] 谭绍早，李光吉，沈家瑞，等．聚丙烯纤维与4 一乙烯基吡 啶辐射接枝研究[ J ] ．合成纤维，1 9 9 8 ，2 7 6 1 8 2 I ． [ 6 ] H oRM ，S uAC ，W uCH ，e ta 1 ．F u n c t i o n a l i z a t i o no f P o l y p r o p y l e n ev i aM e l tM i x i n g [ J 2 ．P o l y m e r ，1 9 9 3 ，3 8 1 5 3 2 6 4 3 2 6 9 ． [ 7 ] S r i n i v a sS u b r a m a n i a n - D i s s e r t a t i o no fP h i l o s o p h yd o c t o r d e g r e e [ D ] ．U n i v e r s i t yo fA k r o n ，1 9 9 8 ，3 0 2 4 5 2 - - 4 5 4 ． [ 8 ] R e n g a r a j a nR ，V i c i cM ，L e esS o l i dp h a s eg r a f tc o p o l y m e r i z a t i o n [ J ] ．J ．A p p l ．P o l y m ．S c i ．，1 9 9 0 ，3 9 8 1 7 8 3 1 7 9 1 ． 9 ] 谭绍早，李光吉，沈家瑞，等．P P 无纺布预辐射接枝4 一乙 烯基吡啶的研究二J ] ．高分子材料科学与工程，2 0 0 0 3 1 4 2 1 4 4 ． 一 一 ／ ／ i 三黼 一f 1 1 ； 一三。 黜似绷；蚕M㈣言|洲砌觚肌蛳川粼Ⅲ。 万方数据