载锆离子交换纤维的合成及应用

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本文以强碱离子交换纤维(Strong Alkaline Anion Exchange Fiber,SAAEF)为原料,浸渍硫酸锆溶液,最后用氢氧化钠溶液沉淀二氧化锆合成载锆离子交换纤维(Anion Exchange Fiber loaded with zirconium oxide,Zr@SAAEF),并且对Zr@SAAEF的制备工艺进行了优化,p H 1.00,反应温度348 K,硫酸锆溶液浓度为0.3 mol·L-1条件下制备的Zr@SAAEF的载锆量最大,为0.4193 g·g-1。采用扫描电子显微镜、傅里叶变红外光谱仪、X射线光电子能谱分析仪、比表面积分析仪等手段对Zr@SAAEF的结构和性能进行了表征。主要研究了Zr@SAAEF对F-或As(V)的吸附性能,具体包括p H值、温度、初始浓度、竞争阴离子对吸附的影响、柱吸附与脱附。研究发现,当溶液中氟离子和共存的阴离子(SO42-或Cl-)的浓度比为1:2时,Zr@SAAEF对F-具有选择专一性。除氟的最佳p H为6.0,温度为328 K,初始浓度为100mg·L-1,此时获得的最大吸附量为40.66 mg·g-1,当原含氟溶液浓度为10 mg·L-1,以流出液中F-浓度1 mg·L-1为穿透点,处理量可以达到1110 BV;当混合溶液中砷和共存阴离子(SO42-或Cl-)的浓度比大于1:20时,Zr@SAAEF对As(V)具有很好的选择性,而磷酸根与砷酸根发生竞争吸附,不利于除砷。除As(V)的最佳p H值为5.0,温度为333 K,初始浓度为100mg·L-1,此时获得的最大吸附量为93.72 mg·g-1,当原含As(V)溶液浓度为100 mg·L-1,以流出液中As(V)浓度5 mg·L-1为穿透点,处理量可以达到135 BV。采用Na OH(0.5 mol·L-1)溶液即可将Zr@SAAEF上吸附的氟或砷洗脱完全。热力学研究表明:Zr@SAAEF吸附F-和As(V)最适合用Langmuir模型来描述,而Zr@SAAEF对As(Ⅲ)的吸附则适合用Freundlich模型来描述,Zr@SAAEF吸附氟或砷的过程容易进行。Zr@SAAEF对氟或砷的吸附以离子交换的化学吸附为主,是自发进行的、熵增大的吸热反应。动力学研究表明:Zr@SAAEF对F-、As(V)和As(Ⅲ)的吸附达到饱和的时间分别为50、300和150 min,吸附速度快。并且吸附过程均适合用Ho准二级动力学模型来描述,Zr@SAAEF吸附氟或砷的动力学主要受化学作用控制,而不受物质传输步骤所控制。Eovich模型的拟合说明吸附过程是复杂的非均相扩散过程,扩散以F-或As(V)或As(Ⅲ)的外部扩散为主。
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