磺甲基化改对重金属.doc

PAM/SiO2磺甲基化对重金属吸附研究题目：PAM/SiO2磺甲基化改性对重金属吸附研究PAM/SiO2磺甲基化改性对重金属吸附研究摘要以过硫酸钾为引发剂、N，N亚甲基双丙烯酰胺为交联剂，通过水解正硅酸乙酯(TEOS)引入无机相，采用水溶液聚合制得聚丙烯酰胺/二氧化硅(PAM/SiO2)树脂，再以1:1（物质的量比）的过硫酸氢钠和甲醛溶液为磺甲基化试剂，对PAM/SiO2树脂进行改性,并测试改性后的树脂对重金属铜离子和铅离子的吸附性能。实验表明当TEOS用量为9.375%（相对于丙烯酰胺单体）时制得的改性树脂对铜离子和铅离子的吸附最佳。其中对铅离子(Pb2+)吸附容量最高可达4.6mmol/L，脱除率可达70%。对铜离子吸附在容量最高可达1.4mmol/L，脱除率可达27.6%。 关键词：聚丙烯酰胺；正硅酸乙酯；吸附；重金属；磺甲基化PAM/SiO2 sulfonylureas methylation modification of heavy metal adsorption studyAbstractTo acrylamide (AM), teos (TEOS) as main monomer, initiator.N,N - methylene group double acrylamide as crosslinking agent adopt water solution polymerization PAM/SiO2 resin made got.and focuses on the synthesis of different dosage TEOS of resin, through used acid hydrogen sodium. formaldehyde press 1:1 reaction makes PAM/SiO2 resin sulfonylureas methylation modification of modified resin copper ions and heavy metal lead ions adsorption experiments. Adopt ethylenediamine tetraacetate (EDTA) solution to adsorption solution titration. Through experimental calculation shows that when TEOS dosage for 9.375% (relative to the acrylamide monomer) system of modified resin of copper ions and lead ions adsorption best. To lead ions (Pb2 +) adsorption capacity tiptop mmol/L. 4.6 removal rate 70%. On copper ions adsorption in capacity tiptop 1.4 mmol/L. removal rate can reach 27.6%. Keywords: polyacrylamide; Teosadsorption; Heavy; metals; Sulfonylureas methylation.21目录第一章：绪论4第二章：实验部分42.1选题设想42.2主要原料与药品52.3实验仪器52.4反应机理62.5实验步骤62.5.1 PAM/SiO2的合成62.5.2 PAM/SiO2树脂磺甲基化改性72.6 流程图72.7树脂吸附性能的测定72.7.1树脂对铅离子的吸附性能的测定72.7.2树脂对铜离子的吸附性能的测定82.7.3 表征参数8第三章：结果与讨论93.1 PAM/SiO2制备条件的优化93.2 改性条件的优化93.3树脂对重金属的吸附93.3.1树脂对铅离子的吸附性能93.3.2树脂对铜离子的吸附性能13第四章：总结部分18第五章：参考文献20第六章：致谢21第一章：绪论我国平均年水资源总量2.8万亿m3，居世界第六位，但人均占有量只为2710 m3，相当于世界人均占有量的1/4，居世界第88位，是一个水资源相当贫乏的地区。而近年来水污染越发的严重特别是重金属废水污染。重金属废水主要来自矿山坑内排水、废水厂淋浸水、选矿厂尾矿排水、有色金属冶炼厂除尘排水、有色金属加工厂酸洗水、电镀厂电镀件洗涤水、钢铁厂酸洗排水，以及电解、农药、医药、油漆、颜料等工业。这些重金属及其化合物在水体迁移转化过程中只发生形态变化，不会消失，是累积性毒物，无论对植物还是对人体都具有毒害作用。其中铅离子及其化合物会损害人体造血系统和心血管系统，神经系统和肾脏。如果每日摄入铅超过0.31.0mg，就可在人体内累积，引起贫血、神经炎、肾炎和肝炎1。铅的有机化合物还可经皮肤吸收，在人体的肝脏内转化为毒性更强的二乙基铅2。而铜离子及其化合物对人体的造血，细胞生长，人体某些酶的活动以及内分泌腺功能均有影响，一次服用铜剂量60100毫克/公斤体重可使人感到恶心、呕吐并引起胃肠炎3。其浓度达0.10.2mg /L即可使鱼类致死，对贝壳类水生物毒性更大。解决重金属水污染已经成为人类社会可持续发展战略中的重要课题4。目前国际上处理重金属废水的方法主要有：中和沉淀法(氢氧化物沉淀法)5 、硫化物沉淀法、无机絮凝法、高分子絮凝法。其中高分子絮凝法由于它具有用量少、反应快、效率高的优点，发展很快，尤其是它的高效多功能的特点，更为人们注目。它的投料量约为无机絮凝剂的1/30至1/200。在高分子絮凝法中比较有代表性是聚丙烯酰胺(PAM)系高分子化合物。由于聚丙烯酰胺(PAM)系高分子化合物含有的极性基团能吸附水中的污染物,如重金属离子等,因此用聚丙烯酰胺树脂做高分子有机合成絮凝剂处理废水的方法被得到越来越广泛的应用6。利用酰胺基团的反应性可通过适当反应在PAM中引入特定基团来改进其絮凝性能。同时为了降低成本，提高性能，出现了一系列的复合材料710，而有机/无机杂化材料是复合材料家族中最耀眼的新星11。本实验研究了有机/无机杂化复合材料PAM/SiO2的磺甲基化改性及其对重金属铜离子，铅离子的吸附性能12第二章：实验部分2.1选题设想在高分子絮凝剂中具有代表性的是聚丙烯酰胺系高分子化合物。聚丙烯酰胺(PAM)的酰胺基（CONH2）可与许多物质亲和、吸附形成氢键。可通过适当反应在PAM的酰胺基（CONH2）中引入特定基团来改进其絮凝性能。本实验通过磺甲基化引入-CH2SO3-使之由非离子型转变为阴离子型。改性后的SPAM树脂对重金属离子的吸附机理主要是螯合原理，其中磺甲基中的硫原子为配位原子，分别与Pb2+和Cu2+螯合，形成螯合物从而达到吸附重金属目的。与传统无机絮凝剂相比较的优点在于：能适应多种条件，剂量小、效率高、生成的泥渣少，后处理容易。本实验将SiO2与丙烯酰胺接枝共聚，进而对PAM/SiO2进行磺甲基化改性，以正硅酸乙酯（TEOS）为前驱物引入SiO2无机相，使得到的树脂在保证高吸水倍率条件下能够具有较好的交联结构，在溶液中不易流失，有利于对金属离子的回收，应用前景更良好。2.2主要原料与药品试剂名称试剂规格试剂产地丙烯酰胺（AM）化学纯（CP）汕头市光华化学厂乙二胺四乙酸分析纯（AR）汕头市西陇化工股份有限公司硫酸铜分析纯（AR）国药集团化学试剂有限公司亚硫酸氢钠分析纯（AR）国药集团化学试剂有限公司甲醛分析纯（AR）国药集团化学试剂有限公司硝酸铅分析纯（AR）汕头市西陇化工有限公司紫脲酸铵指示剂（IDN）汕头市西陇化工股份有限公司甲基橙指示剂（IDN）汕头市西陇化工股份有限公司乙醇分析纯（AR）汕头市西陇化工股份有限公司氢氧化钠分析纯（AR）国药集团化学试剂有限公司过硫酸钾分析纯（AR）国药集团化学试剂有限公司氮气气体福建省南安市成功气体有限公司正硅酸乙酯分析纯（AR）汕头市光华化学厂盐酸分析纯（AR）汕头市西陇化工股份有限公司N，N亚甲基双丙烯酰胺分析纯（AR）汕头市西陇化工股份有限公司2.3实验仪器电热恒温水浴锅XMTD-204上海博讯实业有限公司精密定时电动搅拌器JJ-110江苏金坛荣华仪器制造有限公司恒温磁力搅拌器78HW-1型江苏金坛荣华仪器制造有限公司电子天平AL104-IC梅特勒-托利多仪器上海有限公司数显鼓风干燥箱5HB-上海博讯实业有限公司玻璃仪器气汽烘干器C型郑州长城科工贸有限公司循环水式多用真空泵5HB-郑州长城科工贸有限公司2.4反应机理广义地讲，磺甲基化反应是指分子中的一个氢原子被碱金属磺甲基团(CH2SO3M)取代的反应，另外一种说法如下：磺甲基反应是指某些特定的化合物与甲醛和亚硫酸氢钠的水溶液(即羟甲基磺酸钠)，在少量碱存在或不含碱的介质中进行缩合所发生的反应。PAM/SiO2与NaHSO3和甲醛在碱性条件下反应可以生成阴离子衍生物磺甲基化聚丙烯酰胺（S PAM/SiO2）13，14。也可以将NaHSO3加到羟甲基化聚丙烯酰胺溶液中，反应获得磺甲基聚丙烯酰胺。反应式如下15：上述反应称为磺甲基化反应。反应是在碱性(pH13)介质里于65摄氏度下完成的。反应3.5h然后中和溶液，则可以得到磺甲基聚丙烯酰胺产品。此外除该反应外还有一些副反应HCHO + NaHSO3 HOCH2SO3Na 2.5实验步骤2.5.1 PAM/SiO2的合成在250ml烧杯中加入20ml的蒸馏水并加入定量的正硅酸乙酯（TEOS）溶液，加入HCl调节PH值在4到5间，并放在磁力搅拌器上搅拌1.5-2h。待液体中出现少量白色微粒物时停止，待用在250ml三颈瓶中加入8g的丙烯酰胺单体并加水配成50ml的液体，开始搅拌，待丙烯酰胺单体完全溶解后，加入第一步的制得的溶液，混合搅拌。 在第二步所得溶液中加入0.06% (相对单体质量)的交联剂，通氮除氧，并保持N2氮气，再加入0.2(相对单体质量)的K2S2O8引发剂，升温至57左右，反应一段时间至产物出现爬杆现象停止通N2，继续反应，得到较透明的块状物，产物经干燥后磨成粉末状，待用。2.5.2 PAM/SiO2树脂磺甲基化改性在250ml的三颈瓶中，加入一定量粉末状PAM/SiO2树脂，加入50ml蒸馏水溶解，用NaOH调节pH值至13，加入甲醛，升温至反应温度65摄氏度，用滴液漏斗慢慢滴加亚硫酸氢钠溶液，待反应完全后，取出产物，用乙醇洗涤数次，沉淀，过滤，产物为白色糊状，在室温下晾干一段时间，待乙醇挥发后再放入烘箱内干燥，磨成粉末状，待用。2.6 流程图析出SiO2混合溶液TEOS引发剂交联剂 搅拌1.5 h H2O 通氮除氧 AM混合溶液中间产物 搅拌到完全溶解 混合、搅拌 H2O 通氮除氧 通氮除氧 56摄氏度 洗涤糊状物粉状物 后处理 混合、搅拌3到4小时磺甲基化 干燥 研磨 65摄氏度逐滴加入NaHSO3H2O甲醛 终产物2.7树脂吸附性能的测定2.7.1树脂对铅离子的吸附性能的测定用静态法测定树脂对重金属的去除条件和去除效果。在测定铅离子的过程中主要采用分析化学中的滴定分析方法，对Pb2+采用络合滴定法，由于Pb2+能与EDTA形成1：1的稳定络合物，所以采用直接滴定法。按以下步骤进行16：I 先配制并且标定好浓度为0.1mol/L的EDTA标准溶液。II 取一定量的改性树脂，加入50ml的Pb(NO3)2溶液，加入一定量的水稀释，在振荡一定时间后过滤，加入一至两滴二甲酚橙作为指示剂，溶液变为紫红色，以标定好的EDTA滴定至溶液由紫红色变为亮黄色即为终点，得到体积V（L）。III 把得到的EDTA的体积转化为铅离子浓度，计算公式：C（Pb2+）=C（EDTA）V（EDTA）/0.05其中：C（Pb2+）为铅离子浓度，g/L；C（EDTA）为EDTA标准溶液浓度，g/L；V(EDTA)滴定用EDTA溶液体积，L。2.7.2树脂对铜离子的吸附性能的测定在测定铜离子的过程中主要采用分析化学中的滴定分析方法，对Cu2+采用络合滴定法，由于Cu2+能与EDTA形成1：1的稳定络合物，所以采用直接滴定法。按以下步骤进行：I 先配制并且标定好浓度为0.1mol/L的EDTA标准溶液。II 取一定量的改性树脂，加入50ml的CuSO4溶液，加入一定量的水稀释，在振荡一定时间后过滤，加入少量的紫脲酸铵作为指示剂，溶液变为黄色，以标定好的EDTA滴定至溶液由黄色变为淡蓝色的瞬间即为终点，得到体积V（L）。III 把得到的EDTA的体积转化为铅离子浓度，计算公式：C（Cu2+）=C（EDTA）V（EDTA）/0.05其中：C（Cu2+）为铅离子浓度，g/L；C（EDTA）为EDTA标准溶液浓度，g/L；V(EDTA)滴定用EDTA溶液体积，L。2.7.3 表征参数(1) 吸附容量：将改变可以一定量的吸附剂与一定量已知浓度的溶液混合，搅拌均匀，经过足够长的时间，使之达到吸附平衡，测定吸附前后溶液中溶质的浓度，从溶液浓度的求出每克吸附剂所吸附的溶质的质量分数，即吸附容量，用表示： V(C0C) / m (2) 脱除率对重金属离子来说，采用络合滴定法测定吸附前后溶液的重金属离子的浓度，则脱除率的计算公式为： Q （C0C）/ C0 其中：V为溶液的体积，L；C0 为溶液初始浓度，mg / L；C为溶液终点浓度，mg / L；m为吸附剂质量，g。第三章：结果与讨论3.1 PAM/SiO2制备条件的优化实验过程中发现，PAM/SiO2树脂的制备及磺甲基化改性过程中条件的不同，效果就会有一定的影响17，通过一系列探索实验，得出最佳配方及工艺：在AM用量为8g时水用量为600%(相对AM用量)、引发剂用量0.2%(相对AM用量)、交联剂用量为0.06%(相对AM用量)；PAM/SiO2树脂的制备反应温度为56，TEOS搅拌时间为1.5h。磺甲基化改性中亚硫酸氢钠/甲醛(摩尔比)为1:1，反应温度为65，反应时间为3.5小时3.2 改性条件的优化二氧化硅接枝聚丙烯酰胺树脂的磺甲基化改性，其影响因素很多。本实验选取TEOS用量影响因素对改性条件进行优化。并对优化后的PAM/SiO2树脂进行吸附得出最佳吸附工艺。3.3树脂对重金属的吸附3.3.1树脂对铅离子的吸附性能183.3.1.1 TEOS用量对吸附的影响 在保持其它影响因素不变的情况下，分别讨论了对铅离子吸附随着TEOS用量为6.25、9.37、12.50、15.62及18.75时(相对AM用量)的变化情况，作图分析如下：图1 TEOS用量对吸附铅离子性能的影响(a吸附容量；b脱除率)(其中树脂用量0.1g、吸附时间120min)图1中研究了在保持树脂用量为0.1g、吸附时间为1.5h，及其它影响因素不变的情况下，吸附容量和脱除率随TEOS用量的变化情况。由曲线a可知，随着TEOS用量增加，吸附容量先升高，而后降低；由曲线b可知，脱除率随TEOS用量的升高也呈现先升高，而后降低的变化趋势。用含9.37%TEOS(相对AM用量)吸附时，最大吸附容量能达到4mmol/g，而脱除率为40。出现这一现象的可能原因是TEOS用量较低时，制得的材料为均相的杂化材料，无机组分在有机基质中能均匀分散，有利于材料在磺甲基化改性时PAM/SiO2树脂上的酰胺基能和磺甲基化试剂反应生成CH2SO3M基团，提高对重金属的吸附。但是过量的TEOS使无机组分SiO2不能均匀分散在有机基质中，出现SiO2的团聚和相分离现象，从而影响了树脂的磺甲基化，使树脂吸附重金属能力变差。3.3.1.2铅离子浓度对吸附的影响在保持其它影响因素不变的情况下，分别讨论了对铅离子吸附随着铅离子浓度为5mmol/L、10 mmol/L、15 mmol/L、20 mmol/L及25 mmol/L的变化情况，作图分析如下：图2 Pb2+浓度对树脂吸附铅离子性能的影响(a吸附容量；b脱除率)(其中树脂用量0.1g、吸附时间120min)图2中研究了在保持树脂用量为0.1g、吸附时间为1.5h，及其它影响因素不变的情况下，吸附容量和脱除率随Pb2+浓度的变化。由曲线a可知，随着Pb2+浓度增加，吸附容量先升高，而后降低；由曲线b可知，脱除率随Pb2+浓度的升高也呈现先升高，而后降低的变化趋势。用Pb2+浓度为20mmol/L的溶液，最大吸附容量能达到4mmol/g左右，而脱除率为40左右。出现这一现象的可能原因是：对于吸附容量来讲，随Pb2浓度的增大，有足够的重金属离子与树脂中的活性基团结合，吸附容量就会增大，而当铅离子的浓度再升高后，溶液中的铅离子的浓度过高影响了树脂分子链在溶液中的扩张，从而吸附铅离子的活性基团和铅离子接触量少了，吸附容量成下降趋势；而对于脱除率来说，由其计算公式可知，随着Pb2+离子浓度的增加，即分母项C0不断增大，开始阶段由于吸附效果不断上升，即分子项也在上升，脱除率处于一个上升趋势，当达到最佳吸附容量后，分子项不再增大，此时脱除率就开始减小。由以上分析可知，在20mmol/L左右，吸附容量和脱除率都达到最大值，分别为4mmol/g和 40。3.3.1.3树脂用量对吸附的影响在保持其它影响因素不变的情况下，分别讨论了对铅离子吸附随着树脂用量为0.05g、0.1g、0.2g、0.3g及0.4g的变化情况，作图分析如下：图3树脂用量对树脂吸附铅离子性能的影响(a-吸附容量 b-脱除率)(其中Pb2浓度=20mmol/L、吸附时间=120min)图3中的研究了在保持Pb2浓度为20mmol/L、吸附时间为120min及其它影响因素不变的情况下，吸附容量和脱除率随树脂用量的变化情况。从图中可以看出随着树脂用量的增加，吸附容量下降；而随着树脂用量的增加，脱除率随之升高。对于吸附容量而言，一方面随着树脂用量的增加，吸附的量会增加，但是根据吸附容量公式可知，分母项为树脂用量，因而分子分母同时增大；另一方面，树脂用量的增加，树脂浓度变大，相对的高分子链上每个吸附基团和铅离子的接触机会变小了，使得树脂上的吸附基团不能与溶液中的铅离子充分接触，降低了吸附效果；因而随树脂用量的增加，吸附容量反而下降。而对脱除率而言，分子项即吸附的量增加，分母项即初始铅离子浓度固定不变，因而随树脂用量的增加，脱除率也随之增大。树脂用量在0.4g是脱除率最大为66%，而当树脂用量为0.05时吸附容量可达4.6mmol/L。3.3.1.4时间对吸附的影响在保持其它影响因素不变的情况下，分别讨论了对铅离子吸附随着时间为20min、40 min、60 min、90 min及120 min的变化情况，作图分析如下：图4 吸附时间对树脂吸附铅离子性能的影响(a-吸附容量 b-脱除率)(其中Pb2浓度20mmol/L、树脂用量0.1g)如图4所示，分别研究了在保持Pb2浓度为20mmol/L、树脂用量为0.1g及其它影响因素不变的情况下，吸附容量及脱除率随吸附时间的变化情况。从图中可以看出，吸附容量和脱除率的变化情况大致相同。在最初的40分钟内，吸附容量和脱除率都迅速增加。此后吸附容量和脱除率的增加都开始变缓，90min后吸附容量和脱除率几乎不再变化，即达到吸附平衡。此时的吸附容量为3.8mmol/g，脱除率为38。这可能由于，开始阶段(40min前)，树脂中的活性基团很丰富，主要是树脂表面的活性基团与重金属离子快速结合，因此溶液中重金属离子浓度下降很快，吸附容量和脱除率都迅速增加，但达到一定的吸附程度时，由于树脂表面上的活性基团已大部分与金属离子结合，树脂网络内部的活性基团和金属离子形成螯合物，此时重金属离子缓慢扩散进网络内部，因而吸附容量和脱除率增加缓慢，并最终趋于平衡。由此可知，与重金属离子结合的活性基团主要集中于树脂的表面，树脂内部能与金属离子结合的活性基团远远低于树脂表面。此树脂对重金属离子的吸附平衡时间为90min。3.3.1.5吸附铅离子再生实验在保持其它影响因素不变的情况下，分别讨论了再生树脂对铅离子吸附变化情况，作图分析如下：图5再生树脂对铅离子的吸附(a-已吸附铅离子再生树脂 b-未吸附铅离子树脂)(其中Pb2浓度=20mmol/L、吸附时间=90min)如图5所示，分别研究了在保持Pb2浓度为20mmol/L、树脂用量为0.1g及其它影响因素不变的情况下，吸附容量及脱除率随吸附时间的变化情况。如图可知再生树脂的吸附重金属的性能低于未吸附的树脂，但还是对铅离子有一定的吸附性，可重复利用，最高吸附容量可达2.6mmol/。因为铅离子和树脂上的基团反应生成离子化合物，可水解清洗在利用。3.3.2树脂对铜离子的吸附性能3.3.2.1 TEOS用量对吸附的影响在保持其它影响因素不变的情况下，分别讨论了对铜离子吸附随着TEOS用量为6.25、9.37、12.50、15.62及18.75时(相对AM用量)的变化情况，作图分析如下：图6 TEOS用量对树脂吸附铜离子性能的影响(a吸附容量；b脱除率)(其中树脂用量0.1g、吸附时间120min)图6研究了在保持树脂用量为0.1g、吸附时间为1.5h，及其它影响因素不变的情况下，吸附容量和脱除率随TEOS用量的变化。由曲线a可知，随着TEOS用量增加，吸附容量先升高，而后降低；由曲线b可知，脱除率随TEOS用量的升高也呈现先升高，而后降低的变化趋势。用含9.37%TEOS(相对AM用量)吸附时，最大吸附容量能达到1.3mmol/g，而脱除率为13%。出现这一现象的可能原因是TEOS用量较低时，制得的材料为均相的杂化材料，无机组分在有机基质中能均匀分散，有利于材料在磺甲基化改性时PAM/SiO2树脂上的酰胺基能和磺甲基化试剂反应生成CH2SO3M基团，提高对重金属的吸附。但是过量的TEOS使无机组分SiO2不能均匀分散在有机基质中，出现SiO2的团聚和相分离现象，从而影响了树脂的磺甲基化，使树脂吸附重金属能力变差。3.3.2.2铜离子浓度对吸附的影响在保持其它影响因素不变的情况下，分别讨论了对铜离子吸附随着铜离子浓度为5mmol/L、10 mmol/L、15 mmol/L、20 mmol/L及25 mmol/L的变化情况，作图分析如下：图7 铜离子浓度对树脂吸附铅离子性能的影响(a吸附容量；b脱除率)(其中树脂用量0.1g、吸附时间120min)图7中研究了在保持树脂用量为0.1g、吸附时间为2h，及其它影响因素不变的情况下，吸附容量和脱除率随铜离子浓度的变化。由曲线a可知，随着铜离子浓度增加，吸附容量先升高，而后趋近于平衡；由曲线b可知，脱除率随铜离子浓度的升高呈现先升高，而后降低的变化趋势。用铜离子浓度为15mmol/L左右时溶液的脱除率最大可达14%，铜离子浓度为20mmol/L左右时溶液最大吸附容量能达到1.4mmol/g左右。出现这一现象的可能原因是：对于吸附容量来讲，随铜离子浓度的增大，有足够的重金属离子与树脂中的活性基团结合，吸附容量就会增大，而当铜离子的浓度再升高后，而当铜离子的浓度再升高后，溶液中存在吸附、解吸附平衡，吸附容量反而稍微有所下降，并最终趋于平衡；而对于脱除率来说，由其计算公式可知，随着铜离子离子浓度的增加，即分母项C0不断增大，开始阶段由于吸附效果不断上升，即分子项也在上升，脱除率处于一个上升趋势，当达到最佳吸附容量后，分子项不再增大，此时脱除率就开始减小。3.3.2.3树脂用量对吸附的影响在保持其它影响因素不变的情况下，分别讨论了对铜离子吸附随着树脂用量为0.05g、0.1g、0.2g、0.3g及0.4g的变化情况，作图分析如下：图8树脂用量对树脂吸附铅离子的影响(a-吸附容量 b-脱除率)(其中铜离子浓度=20mmol/L、吸附时间=120min)如图8研究了在保持铜离子浓度为20mmol/L、吸附时间为120min及其它影响因素不变的情况下，吸附容量及脱除率随树脂用量的变化情况。随着树脂用量的变化，吸附容量呈下降的趋势，在0.05g时的最大吸附容量为2mmol/g；而脱除率则先升高，在达到树脂用量为0.4g时后趋近平衡的趋势。吸附容量呈下降的趋势是因为随着树脂用量的增加，铜离子浓度又保持不变，意味着铜离子相对树脂中的活性基团减少，能吸附的铜离子就减小，同时树脂吸附铜离子绝对的量是增加的，主要是由于树脂用量增加，即分母项变大，使得吸附容量反而减小；而对于脱除率而言，一方面，由于分母项为原始铜离子浓度，即其为一定值，而随着树脂用量的增加，其吸附离子绝对的量是增加的，即分子项增大，因而，随树脂用量的增加，脱除率也随之变大，另一方面铜离子在溶液中存在一个水解平衡，因而存在一个最低浓度，使得随着树脂用量的进一步增大，脱除率趋于平衡值。3.3.2.4时间对吸附的影响在保持其它影响因素不变的情况下，分别讨论了对铜离子吸附随着时间为10min、20 min、30 min、60 min及90 min的变化情况，作图分析如下：图9吸附时间对树脂吸附铜离子的影响(a-吸附容量 b-脱除率) (其中铜离子浓度20mmol/L、树脂用量0.1g)如图9所示：研究了在保持铜离子浓度为20mmol/L、树脂用量为0.1g及其它影响因素不变的情况下，吸附容量及脱除率随吸附时间的变化情况。从图中可以看出，吸附容量和脱除率的变化情况大致相同。在最初的30分钟内，吸附容量和脱除率都迅速增加。此后吸附容量和脱除率的增加都开始变缓，90min后吸附容量和脱除率几乎不再变化，即达到吸附平衡。此时的吸附容量为1.3mmol/g，脱除率为13。此后趋近平衡。我们可以认为90min为铜离子吸附的最佳时间。这可能由于，开始阶段(30min前)，树脂中的活性基团很丰富，主要是树脂表面的活性基团与重金属离子快速结合，因此溶液中重金属离子浓度下降很快，吸附容量和脱除率都迅速增加，但达到一定的吸附程度时，由于树脂表面上的活性基团已大部分与金属离子结合，树脂网络内部的活性基团和金属离子形成螯合物，此时重金属离子缓慢扩散进网络内部，因而吸附容量和脱除率增加缓慢，并最终趋于平衡。由此可知，与重金属离子结合的活性基团主要集中于树脂的表面，树脂内部能与金属离子结合的活性基团远远低于树脂表面。此树脂对重金属离子的吸附平衡时间为90min。3.3.2.5吸附铜离子再生实验在保持其它影响因素不变的情况下，分别讨论了再生树脂对铜离子吸附变化情况，作图分析如下：图10再生树脂对铅离子的吸附(a-已吸附铜离子再生树脂 b-未吸附铜离子树脂)(其中Pb2浓度=20mmol/L、吸附时间=90min)如图10所示，分别研究了在保持铜离子浓度为20mmol/L、树脂用量为0.1g及其它影响因素不变的情况下，吸附容量及脱除率随吸附时间的变化情况。如图可知再生树脂的吸附重金属的性能低于未吸附的树脂，但还是对铜离子还是有一定的吸附性，可重复利用，最高吸附容量可达0.6mmol/L。第四章：总结部分综上，得出以下结论：1. 经过实验表明，本体系合成PAM/SiO2树脂最佳工艺条件为：TEOS用量为9.37(相对AM用量)、过硫酸钾用量为0.8%(相对AM用量)、N，N亚甲基双丙烯酰胺用量为0.08%(相对AM用量)、反应温度为56摄氏度、体系PH值为4到5。PAM/SiO2树脂磺甲基化改性中磺甲基化试剂过硫酸氢钠、甲醛按1:1(相对AM用量)用量、反应温度为65摄氏度、体系PH值为13左右。在以上两种工艺条件下，制备的树脂对重金属吸附性能最好。2. 对Pb2+、Cu2+吸附效果的研究表明：当Pb2+浓度20mmol/L，树脂用量0.094%(相对吸附体系质量百分数)，吸附时间90min：在这种条件下树脂吸附容量可达4.6mmol/L左右当树脂