轻稀土-脲醛树脂复合材料的制备及其对氟的吸附

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毕业论文

1绪论1

1.1氟元素概述1

1.2氟的去除方法2

1.3尿醛螯合树脂概述4

1.4稀土金属吸附氟元素概述5

1.5本章小结6

2改性脲醛树脂的合成7

2.1实验药品及设备7

2.2改性脲醛树脂的制备7

2.3本章小结8

3改性尿醛螯合树脂对氟离子的吸附研究9

3.1实验材料与实验设备9

3.2主要试剂的制备9

3.3标准曲线的绘制10

3.4改性树脂投加量的测定11

3.5pH对吸附效果的影响13

3.6吸附时间对吸附效果的影响14

3.7本章小结18

结论19

致谢20

参考文献21
1 绪论 1.1 氟元素概述 1.1.1 氟的来源随着我国经济水平的飞速发展，我国的工业水平也随之迅猛提升。相应的，我国的核工业、电子工业与有有色金属采掘业的水平也在快速提高。但伴随着这些行业的发展，其排放的废水也成倍的增加，其中就有大量的含氟废水产生。核电站反应堆中一回路中含有大量的含氟冷却剂。在核电站的运行中，一回路冷却剂不可避免的会泄露到二回路中，而在核电站停堆维护时随着二回路冷却水排放出去，造成氟污染[1]。电子元件制造与电路板印刷行业因为大量使用氢氟酸，似的其排放的混合废水中氟元素含量即使经过简单处理也在国家相关排放标准之上[2]。有色金属采掘中开采含氟矿石时，飞矿渣浸出液中也含有大量的氟化合物。不仅以上行业，在焦炭、玻璃、电镀、化肥等行业也会排除大量含氟废水。
1.1.2 氟元素的理化性质氟是元素周期表中的 VIIA 族元素，该族元素都称为卤素，是非金属元素。氟是卤素中非金属性最强的元素，同时还是所有非金属元素中非金属性最强的元素。氟元素的一般性质见下表 1.1[3]。表1.1 氟元素的一般性质元素符号原子序数价电子构型共价半径/nm 沸点/℃ F 9 2s22p5 58 -188 续表 1.1 氟元素的一般性质熔点/℃ 电负性第一电离能/kJ·mol-1 标准电极电势/(X2-X-)/V 电子亲和能/ kJ·mol-1 -220 4 1681 2.87 328 续表 1.2 氟元素的一般性质氧化态配位数标准生成热ΔHf(X-,aq)/ kJ·mol-1 X-X 键能/ kJ·mol-1 晶体结构氟原子的价电子构型是 2S 2P ，得到一个电子就能够达到稳定的八电子构型，因此氟单质具有非常强的氧化性，是强氧化剂。 1.1.2 氟元素的危害众所周知，我国是一个高氟国家，在我国各地都分布着高氟片区。氟是人体必须的微量元素，适量的摄入氟元素可以预防龋齿病和骨骼发育不全，但是过量的摄入氟元素会导致氟中毒。氟中毒时，身体中过量的氟元素会和身体中的钙元素相结合，使身体不能够吸收到足够的钙元素，轻微的氟中毒会使牙齿上出现氟斑，严重的氟中毒会严重影响发育期人类骨骼的正常发育与成年人类骨骼密度的维持[4]。所以控制氟污染需要在工业上排放出含氟废水时提前处理，降低氟元素的含量，最大限度地减小当地民众氟中毒的危险。 1.2 氟的去除方法目前，国内外主要研究的从含氟废水中除氟的方法主要有以下几种：混凝沉淀法、电渗析法、反渗透法、电絮凝法和吸附过滤法。吸附法是利用吸附剂对氟离子的吸附作用、离子交换作用或络合作用等将氟离子从溶液中分离的方法，具有成本低廉、去除效果稳定及操作简便等特点，能够作为对含氟废水的深度处理方法，在这些年来吸引了各个国家学者相继对其进行研究。 1.2.1 高分子类吸附剂因为分子链上有着大量的羟基、氨基以及 N-乙酰氨基，所以壳聚糖能够通过表面吸附、离子交换、络合等作用去除水体中含有的各类离子，具有可生物降解性，是一种新型的氟离子吸附剂。然而天然壳聚糖在吸附时非常容易流失，同时用天然壳聚糖直接来做吸附剂时吸附效果不好、吸附容量不高，所以许多学者开始研究通过改性剂对壳聚糖进行改性，然后探究改性后的壳聚糖的吸附特性。其改性的基本思路是：首先使用交联剂对壳聚糖的机械性能和结构进行改造（这些改性剂一般为有机物，如的乙二醇二缩水甘油醚、戊二醛等），然后再利用其他物质对其吸附性能进行提升[5-6]。但是对于壳聚糖的各种研究都是集中于实验室阶段，对于干扰离子的研究尚且缺乏，同时对于改性剂与交联剂的毒性也尚缺乏研究。活性炭纤维于传统的活性炭相比，比表面积更大同时孔径分布较窄，这有利于吸附质的吸附与脱附。目前的研究主要集中于两个方面，一个是传统的直接吸附而另一个是电吸附。但是这两者都是通过在活性炭纤维便面附着改性剂，虽然减少了其比表面积于孔的数量，但是提供了更多的吸附位点，使其更容易吸附极性离子[7-8]。但是活性炭纤维价格过高同时对改性活性炭纤维的吸附机理尚未明确，限制了活性炭纤维的发展前景。粉煤灰在结构上类似于活性炭，其比表面积大、多孔。同时粉煤灰中还含有大量的二氧化硅、三氧化二铝等活性成分，在粉煤灰的表面能够形成 Al-O-Al、Si-O-Si 键。Al-O-Al 键与Si-O-Si 键都能够与极性分子产生偶极-偶极键从而对其进行吸附；同时粉煤灰中还含有较多的次生的带正电的硅酸盐成分，这些带正电的硅酸盐成分也可以与阴离子发生离子交换或者产生离子对从而对其进行吸附；同时粉煤灰中还含有 Fe3+、Al3+等可以产生絮凝作用的离子，絮凝作用可以与吸附作用产生协同作用促进吸附作用的产生[9]。总而言之，粉煤灰中含有大量的杂质，而这些杂质能够从各种方面促进粉煤灰的吸附作用，同时利用粉煤灰做吸附剂还实现了以废治废的目的。但是目前随有研究人员对其做了一定的研究，但研究尚不充分，对其改性的研究也少有展开。