Page 191 - 《精细化工》2021年第9期

第 9 期 何婷婷，等: 含氮大分子吸附剂的制备及其对 Cd(Ⅱ)的吸附 ·1905·

Key words: nitrogen-containing macromolecule; adsorbent; Cd(Ⅱ); adsorption mechanism; removal rate;
water treatment technology

工业发展带来的环境污染问题日益严重，其中 Nicolet 公司；Vario EL 元素分析仪，德国 Elementar
水污染不容忽视。污水中的污染物主要包括有机污 公司；JSM-5600LV 扫描电子显微镜，日本 JEOL 公
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染物、有害微生物和重金属污染物等 ，其中重金 司；ESCALAB XI+X 射线光电能谱仪（XPS），英
属毒性较大，且不可降解，被认为是最严重的环境 国 Thermo 公司；AVIO 500 电感耦合等离子体发射
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污染物之一 。Cd 是一种具有严重污染性的致癌污 光谱仪（ICP），美国 Perkin-Elmer 公司。
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染物，长期的采矿活动 、过度使用农药和肥料 、 1.2 N-MGA 吸附剂的制备
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废弃的镍镉电池 都会产生大量的 Cd 污染。 先在 1000 mL 烧杯中加入 116 g 多乙烯多胺
目前，对于水中 Cd(Ⅱ)处理的方法主要有絮凝 （0.5 mol），同时在 600 mL 烧杯中加入 92 g 三聚氯
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法 、离子交换法 、电解法 、中和沉淀法 、吸 氰（0.5 mol），用 500 mL 的 THF 溶解后，缓慢加到
附法 [10] 等。中和沉淀法是含 Cd 废水处理的较为简 多乙烯多胺中，于 0~5 ℃搅拌 30 min。水浴锅中控
单和经济实用的方法 [11] ，但废水中的一些阴离子会 温在 20 ℃，反应 1 h；升温至 50 ℃后，反应 2 h。
与 Cd(Ⅱ)形成络合物，干扰 Cd(Ⅱ)的沉淀去除，较 停止反应，冷却至常温，抽滤，用去离子水洗涤，
难达到 GB8978—1996 要求的镉的工业排放标准质 调节 pH 至中性、烘干即得 N-MGA 吸附剂。
量浓度 0.1 mg/L。研究表明，吸附法具有操作简单、 1.3 N-MGA 吸附剂对 Cd(II)的吸附及解吸实验
吸附容量高、吸附速率快、能耗低的优点，具有被 取一定量 Cd(NO 3 ) 2 •4H 2 O 于 1 L 容量瓶中用去
广泛应用的发展潜能 [12] 。用于吸附 Cd(Ⅱ)的吸附剂 离子水定容，配制成 Cd(Ⅱ)母液。
主要是天然高分子改性吸附剂 [13] 和合成有机高分子 1.3.1 对 Cd(Ⅱ)的吸附实验
吸附剂 [14] 。天然高分子改性吸附剂的成本较低，但 在 100 mL 烧杯中取一定量 Cd(Ⅱ)母液，加适量
吸附效果不理想，吸附剂不能完全再生回收使用 [15] ； 去离子水至 50 mL，分别用 0.01~1 mol/L 的 NaOH
合成高分子吸附剂的制备工艺简单、稳定性高、再 和 0.01~1 mol/L 的 HCl 调节溶液的 pH，再加一定量
生回收快，但是有些有机链易断裂会造成二次污染。 吸附剂，在不同温度下搅拌一定时间，沉降 30 min，
多乙烯多胺是一种氮含量较为丰富的亲核试 ICP 测定吸附后 Cd(Ⅱ)的质量浓度。平衡吸附量( Q )
e
剂，其结构中的氨基可以作为吸附重金属离子良好 和吸附率( R )的计算公式分别如下所示。
a
的活性基团，多乙烯多胺还具有良好的水溶性。本 (   )V
Q  0 e （1）
文考虑到从废水中再生回收的问题，利用三聚氯氰 e m
的温度梯度反应活性，将其与多乙烯多胺进行亲核 (   )
R /%= 0 e  100 （2）
取代反应，以三嗪环为连接中心连接多个多乙烯多 a  0
胺链，合成一种不溶性的多胺型吸附剂（N-MGA）。 式中：  为溶液中 Cd(Ⅱ)的初始质量浓度，mg/L；
0
利用吸附剂的不溶性和竞争吸附原理实现吸附剂的  为吸附平衡时溶液中 Cd(Ⅱ)的质量浓度，mg/L；
e
再生回收使用。并详细研究了 N-MGA 对 Cd(Ⅱ)的 V 为 Cd(Ⅱ)溶液的体积，L； m 为吸附剂质量，g。
吸附机理、吸附效果及循环再生性能，为研究含氮 1.3.2 对 Cd(Ⅱ)的解吸实验
大分子有机吸附剂提供了新的思路。 将吸附达到平衡的吸附剂抽滤后置于 100 mL

烧杯中，加入 10 mL 水，用浓度为 1 mol/L 的 HCl 调
1 实验部分
节 pH 为 1 解吸 30 min 至 pH 不再变化。解吸完全
1.1 试剂与仪器 后的吸附剂经过滤后再投加到 10 mL 水中，用浓度
三聚氯氰（质量分数 99%）、多乙烯多胺〔平均 为 1 mol/L 的 NaOH 溶液调 pH=6~7，30 min 后过滤，
相对分子质量（简称分子量）为 232〕，AR，中国医 90 ℃干燥，实现吸附剂的再生回收使用。Cd(Ⅱ)解
药集团上海化学试剂公司；四氢呋喃（THF），AR， 吸率( R )和吸附剂回收率( R )的计算方法如下所示。
d
r
天津市富宇精细化工有限公司；NaOH、浓 HCl（质 R /%   d  100 （3）
量分数 36%），AR，天 津市天大化 学试剂厂； d   R a
0
Cd(NO 3 ) 2 •4H 2 O（质量分数 99%），AR，天津市大茂 m
R r /%  r  100 （4）
化学试剂厂。 m 0
RS50 傅里叶变换红外光谱仪，美国 Thermo 式中：  为解吸完全后溶液中 Cd(Ⅱ)的质量浓度，
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