聚马来酸酐树脂的合成、改性及其对水中微污染物的吸附性能

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生活水体中普遍存在抗生素、重金属和酚类化合物等微污染物,树脂吸附因具备操作简单、去除效率高、再生性能好等优势而被广泛应用于吸附去除环境水体中的微污染物。本文以马来酸酐为原料,合成出了一种具有立体网状新架构的聚马来酸酐树脂(Polymaleic anhydride resin,PMA),碱性水解后得到每个链节单元含双羧基官能团的聚马来酸二钠树脂(Poly disodium maleate resin,PSM),进一步酸化后得聚马来酸树脂(Polymaleic anhydride Hydrolyzate,PMAH),氨化得到新的多氨基型聚马来酰胺树脂(Poly(2-aminoethyl)maleamide resin,PAEM),运用扫描电子显微镜(SEM)、氮气吸附脱附(BET)、热重(TG)和傅立叶变换红外光谱(FT-IR)等现代分析测试技术表征这些树脂的物理化学结构。通过一系列静态吸附实验,研究了PMA及其改性树脂去除水中微污染物(酚类化合物、重金属、抗生素)的最佳实验条件;采用吸附等温、吸附动力学模型分析其吸附过程;进而考察了树脂的再生效果和重复使用性能,探究其吸附机制,并为水处理领域提供新的理论依据与方法技术。基体树脂(PMA)对环丙沙星(CPX)的理论最大吸附量为77.06 mg/g,水解后的树脂(PSM)对Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)的理论最大吸附量分别为0.76、0.99、1.33 mmol/g,氨化后的多氨基型树脂(PAEM-VA)对对硝基酚(4-NP)的理论最大吸附量为75.69 mg/g,而且其吸附性能优于大多数的商品吸附剂,说明PMA及其改性树脂在处理水中微污染方面具有较大的应用潜力。pH会极大影响PMA及其改性树脂给体原子的质子化程度,对其吸附CPX、Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、4-NP都有很大的影响。吸附等温实验结果表明,PMA及其改性树脂对CPX、Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、4-NP的吸附均符合Langmuir模型,是均匀能量位点单层吸附。动力学实验结果表明,PMA及其改性树脂对CPX、Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、4-NP的吸附均符合拟二级动力学。机理研究表明,CPX和4-NP等有机分子与PMA和PAEM-VA吸附主要作用力为氢键作用;Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)与PSM吸附主要作用力为离子交换。综上所述,所研究制备出的PMA及其改性树脂有望作为新型环保的吸附树脂,在水中微污染物控制领域具有很高的应用潜力。
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