环境聚合材料演讲课件

聚吡咯/2,5-二氨基苯磺酸合成材料选择性去除水溶液中的Cr(VI),1.研究背景,广泛的采矿和工业活动释放重金属离子进入环境，并在生物体和食物链中积累。而铬就是其中的一种，铬是一种主要的重金属污染物，通常发生在工业废水中，它被用于一系列的产品和应用。,水生环境中铬的存在形态：Cr()、Cr()两者的区别：Cr()：既没有毒性性，也是不是致癌物；Cr()：在环境中不仅是剧毒物质，还具有迁移性。Cr(VI)是一种有效的诱变剂和致癌物，会影响皮肤，使身体的一系列疾病，肺、肝、肾和胃。限量值：饮用水0.05mg/L，地表水0.1mg/L，,常规水处理铬的去除工艺,1）化学沉淀法2）离子交换法3）电化学沉积法4）气浮法,本次实验研究选用吸附法，目前吸附法已被确定为一种理想的去除技术，其高效、经济、可行和环保,用活性炭作吸附剂吸附去除水溶液中的Cr()是应用最广泛，但是其价格较贵，选择性较差；从工业或农业废弃物中获得吸附剂，其对Cr()吸附性能较差，且不容易再生利用。目前聚合物引起广泛注意，因为具有电引力，电化学性，良好的稳定性，无毒，易于生产，成本低等优势。PPy（聚吡咯）具有多孔结构、形态可调、独特的氧化还原、不溶性、离子交换使Cr()还原为Cr()等性质。,PPy在水中的分散性并不好，因为在较强的-*作用下易于形成不规则的团块，而为了防止结块和增大比表面积，所以研究对其改性处理。,2.实验过程及分析,2.1实验材料,1)吡咯单体(Py)，真空蒸馏2)无水氯化铁（）（FeCl3）3) 2,5-二氨基苯磺酸(DABSA)4)盐酸5)氢氧化钠6)重铬酸钾7) 1,5-二苯基卡巴肼,2.2 PPy/DABSA的合成,PPy/DABSA复合材料是由以FeCl3为氧化剂在Py和DABSA的原位化学氧化聚合。,实验步骤：,1)称取0.3g DABSA，溶解于120mL去离子水中；2)加入0.6mL Py，室温搅拌；3)加入6.6g三氯化铁，搅拌15min;4)静置一夜5)过滤得到聚合物材料，用去离子水和丙酮清洗6)将聚吡咯材料于60摄氏度进行干燥，直至得到1g材料,2.2 PPy/DABSA复合材料吸附Cr（VI）特性研究,Fig.1(A) ATR-FTIR spectra of (a) PPy, (b) PPy/DABSA composite and (c) PPy/DABSA composite after Cr(VI) adsorption,C=C,C-N,C-H,C-H,C-N,S=O,C-S,红外光谱分析研究聚吡咯、PPy/DABSA复合材料吸附Cr(VI)前后的化学成分。,Fig.1(B) XPS survey spectra of PPy/DABSA composite beforeand after Cr(VI) adsorption,XPS研究PPy/DABSA复合材料吸附Cr(VI)前后的元素组成。,FE-SEM研究聚吡咯和PPy/DABSA的表面形态。,Fig.2 FE-SEM images of (A) PPy homopolymer and (B) PPy/DABSA composite,EDX研究聚吡咯、PPy/DABSA复合材料吸附Cr(VI)前后的元素组成。,Fig. 3. (A) EDX spectra of (a) PPy, (b) PPy/DABSA composite and (c) PPy/DABSA composite after Cr(VI) adsorption,XRD对聚吡咯、PPy/DABSA的研究,Fig. 3. (B) XRD patterns for (a) PPy and (b) PPy/DABSA composite,TGA对聚吡咯、PPy/DABSA的研究,Fig. 3. (C) XRD patterns for (a) PPy and (b) PPy/DABSA composite,2.2 pH值对PPy/DABSA复合材料吸附Cr（VI）的影响,Fig. 4. (A) Effect of pH on Cr(VI) adsorption by (a) PPy homopolymer and (b) PPy/DABSA,溶液pH影响吸附剂的表面电荷和金属离子形态。,Fig. 4. (C)Plot to determine the pHPZC for PPy/DABSA composite.,Zata电位图,Possible mechanism for Cr(VI) removal by PPy/DABSA composite.,pH=2时PPy/DABSA复合材料吸附Cr(VI)反应机理,2.3 吸附剂量的影响,58%,100%,C(Cr)=100mg/L,Effect of adsorbent dose on Cr(VI) adsorption by PPy/DABSA composite.,2.3 吸附等温线,吸附等温线对于实验设计和有效运行中研究吸附剂和吸附物之间的影响必不可少。,Fig. 5. (A) Adsorption equilibrium isotherms for Cr(VI) removal by the PPy/DABSA composite and fit of data to non-linear Langmuir and Freundlich isotherm models; (B) Fit of data to linearized Langmuir isotherm model.,等温线是根据两个常见等温线模型获得的，即朗缪尔吸附等温模型和弗罗因德利希吸附等温模型。非线性和线性方程依次为：,式中：qm(mg/g)朗缪尔模型的最大吸附量； b(L/mg)朗格缪尔常数； KF(mg/g)弗罗因德利希吸附常数,2.4热力学研究,热力学参数与吸附过程相关，熵变，焓变，自由能变通过等温数据进行计算。方程为：,式中：R(J/mol/K)气体常数； m(g/L)吸附剂的量； Kc(mg/g)平衡常数；,Plot to obtain thermodynamic parameters for Cr(VI) adsorption by the PPy/DABSA composite,Plot to obtain thermodynamic parameters for Cr(VI) adsorption by the PPy/DABSA composite,2.5 吸附动力学,在实际的工业废水处理中吸附剂应具有高效的吸附能力，并表现出快速的吸附动力学才认为是切实可行的。,Fig. 6. (A) Effect of contact time on Cr(VI) removal by the PPy/DABSA composite for different initial concentrations and fit of data to pseudo-first-order and pseudo-secondorder kinetic models, (B) Fit of data to linearized pseudo-second-order kinetic model.,拟一级动力学方程和拟二级动力学方程。非线性和线性方程依次为：,式中：qe(mg/g)吸附平衡时的吸附量；,2.6 离子共存的影响,含有工业废水也同样含有大量的其他金属离子，可以与Cr(VI)产生吸附位点竞争关系，并降低Cr(VI)去除率。比如Cu2+、Zn2+、Ni2+、Cl-、NO3-、SO42-。,Fig. 7. (A) Effect of co-existing ions on the removal of Cr(VI) by PPy/DABSAcomposite,Fig. 7. (B) Adsorption-desorption cycles,2.7解吸/再生研究,在工业废水处理中，吸附剂的再生和再利用是经济可行性的重要因素。,3.结语,用DABSA对PPy进行改性是通过原位化学氧化聚合吡咯和2,5-二氨基苯磺酸实现的。聚吡咯/ DABSA复合材料对Cr（VI）的吸附容量最高为303 mg/g（25 ）且pH值为2。水溶液中聚吡咯/ DABSA复合材料对Cr（VI）具有较高的选择性。热力学研究表明