聚乙二醇类聚合物吸附剂吸附水溶液中铬的实验研究

　　【摘要】每年冶炼、纺织印染、纸等行业都会大量排放含铬等多种重金属离子的工业废水，在鱼类和其他水生物体内富集，造成环境污染。本文通过聚乙二醇类聚合物吸附剂，针对水溶液中铬进行实验研究，证明该物质对铬的的吸附能力，并提出相关建议。 　　【关键词】聚合物 重铬酸钾 吸附剂 吸附动力学 吸附 　　由于含铬废水的巨大危害，因此，对铬的处理非常重要，本文选择用吸附法来对铬进行处理。研究聚乙二醇类聚合物在吸附方面的性能，特别是在吸附重铬酸钾方面的性能。首先利用马来酸酐和聚乙二醇400（PEG400）反应，然后用预聚物与甲基丙烯酸甲酯反应得到产物。然后分析聚合物的物理性能，采用傅立叶红外光谱（FTIR）及热失重分析（TGA）对合成的聚合物进行结构表征确定合成产物，再研究其吸附性能，以及影响因素。 　　结果表明，合成的聚合物的稳定性很好，其初始分解温度为290℃左右。第二步进行吸附试验，结果显示吸附速率随时间增长到5h左右时增长速率下降，溶液浓度越低吸附效果越好，另外，吸附过程是放热过程，温度较低时吸附效果较好。而且Langmuir方程能够对重铬酸钾在聚合物上的吸附性能进行很好的拟合。 　　1 含铬废水的危害及处理办法 　　含铬废水之中的铬以二价、三价和六价的形式存在，但以 Cr（Ⅵ）和 Cr（Ⅲ）的化合物最为常见。其中它们的毒性则以Cr（Ⅵ）最强，六价的铬及其化合物对人的皮肤和黏膜有腐蚀性，具有强烈毒性和致癌性，容易在人体内累积。含铬化合物可以通过消化道、呼吸道、皮肤和粘膜侵入到人体内，主要积聚在肝、肾、内分泌系统和肺部中。毒理作用为影响体内物质的氧化、还原和水解过程，与核酸、核蛋白等结合会影响组织中的磷含量。同时，含铬化合物对土壤、农作物和水生物也有一定的危害，若用含铬的废水灌溉农田，铬就会在土壤中积蓄，造成土壤的板结、农作物减产。[1～2] 　　含铬废水处理的物理方法通常为吸附法、萃取法、液膜法及离子交换法等。其中，吸附法由于操作简便、快速有效、可循环使用等优点而越来越受到人们关注。[3～4] 　　2 实验过程及效果 　　2.1 聚合物分析 　　2.1.1 预聚物PEG400-MAh的合成步骤 　　首先按摩尔比1∶1.05将马来酸酐与聚乙二醇400进行称量，称取马来酸酐20.61g，量取72ml的聚乙二醇400加入到三口烧瓶中，通入氮气保护，首先在45℃水浴中进行机械搅拌，待两者相溶后，加入催化剂对甲苯磺酸，然后将温度升高至70℃，在70℃下保温3小时，停止加热，得到亮橙色澄清液体即为预聚物。该预聚物的合成路线如图1。 　　在实验中，首先配置不同浓度的重铬酸钾水溶液，溶液ρ0分别设置为：10mg/ L、20mg/L、30mg/L、40mg/L、50mg/L，V=50mL，吸附剂质量m=0.5g，分别在温度为300K、305K、315K的环境下做吸附。测得吸附剂在不同温度下吸附不同浓度的重铬酸钾水溶液的Qe～ρ0曲线， 　　结果表明：在设定的条件下，3个不同温度吸附效果各不相同，可以看出此情形下温度越高吸附效果越差，反之越高；同时，浓度越高吸附量越大，但吸附率变化不大。主要受温度的影响。 　　3 结论 　　聚合物的合成：首先通过将聚乙二醇与马来酸酐进行酯化反应，合成预聚物MAhPEG400，然后采用溶液反应将预聚物MAhPEG400与甲基丙烯酸甲酯在甲苯溶液中进行反应，成功地合成了所需的聚合物吸附剂。 　　聚合物的表征：通过红外、TGA对合成的聚合物进行结构和性能的表征。结果表明，合成的聚合物与原本设想的聚合物结构一致。 　　吸附试验结论：通过对水溶液中重铬酸钾的吸附测试，得到最佳的吸附pH值为5；并且该吸附满足准一级动力学方程，即吸附速率主要与表观速率常数和吸附质浓度有关，但影响不大；通过进行吸附时间对吸附效果影响的试验，我们可以得出吸附至平衡所需时间在8个小时左右；与此同时，随着温度的升高，吸附效率减小，吸附达到的平衡时间减小，但吸附平衡量减少，所以吸附是一个放热过程。 　　国内外对含铬废水的治理都十分关注，关于废水的治理方法进行了许多研究工作，在治理投资上也不断增加，积极的解决这一状况。根据国内外对含铬废水的治理及研究状况，提出以下发展方向： 　　（1）加深含铬废水的治理概念，进行综合治理，即进行既要防治，又要回收资源的积极方法，这样既回收了有用物资，又减少了废水的治理负担和治理成本。 　　（2）综合治理是防治污染发展的趋势，对一些二次资源的回收利用必须进行考虑。 　　（3）目前，在许多企业的含铬废渣污泥，大多数都废置堆积或直接排入河道，产生二次污染，只有少数单位综合回收。因此，对含铬废浓液及废渣，建议城市或者地区能制定集中回收制度，建立城市或地区的含铬废液、废渣的回收再生中心，实现防止污染、变废为宝、综合利用的目标。 　　参考文献 　　[1] 潘璐璐，符泽华.不同吸附材料对水中Cr（Ⅵ）吸附性能初探[J].企业技术开发，2011，30（4）：21-23 　　[2] 赵晖，廖祥，陈金文.改性木屑吸附处理含Cr（Ⅵ）废水[J].化工环保，2011，31（5）：402-405 　　[3] 郑宾国，刘军坛，催虎.粉煤灰在我国废水处理领域的研究进展[J].资源保护，2007，23（3）：36-39