聚乙烯胺微球的制备及其重金属离子吸附性能研究
目录
1 引言 1
1.1 重金属离子的环境危害 1
1.2 常用的重金属废水处理方法 2
1.3 聚乙烯胺的性能及制备 3
1.4 高分子微球的制备方法 4
1.5 实验的目的和意义 5
2 实验部分 5
2．1 主要仪器及试剂 5
2.2 实验内容 7
3 实验结果与讨论 9
3.1 PNVF微球的制备及表征 9
3.2 PVAm微球的制备及表征 12
3.3 PVAM微球的吸附性能研究 15
3.5 与其他常见吸附剂进行对比 21
结论 22
致 谢 23
参考文献 24
1 引言
随着我国经济和工业的发展,工业生产中含重金属废水的排水量越来越大, 含重金属的污染物进入生态环境，对人类的健康带来了严重威胁。重金属污染在环境中难以降解，能在动物和植物体内积累，通过食物链逐步富集，浓度成千上万甚至上百万倍的增加，最后进入人体造成危害，是危害人类最大的污染物之一。因此，治理环境中的重金属污染物对于保护生态环境和人体健康都具有极为重要的意义。原有的重金属废水净化剂存在价格高的缺点,给废水的净化带来了难度。这要求能够研制出净化效果好、成本低廉的新型含重金属废水净化剂,以满足工业废水处理的需要。
1.1 重金属离子的环境危害
水体重金属离子污染是指含有重金属离子的污染物进入水体对水体造成的污染。重金属离子具有毒性大，生物富集性强不可自然降解及来源复杂等特点。重金属污染物指密度在 5.0 g/cm3以上的 45 种元素。废水中重金属主要有汞（Hg）、铅（Pb）、镉（Cd）、锌（Z *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
n）、铬（Cr）、铜（Cu）、锡（Sn）、镍（Ni）、锰（Mn）、铁（Fe）等。废水中的重金属是各种常用水处理方法不能分解破坏的，而只能转移它们的存在位置和转变它们的物理化学状态。因此，重金属废水应当在产生地点就地处理，不同其他废水混合。如果用含有重金属离子的污泥和废水作为肥料和灌溉农田，会使土壤受污染，造成农作物中及进入水体后造成水生生物中重金属离子的富集，通过食物链对人体产生严重危害。重金属污染的特点主要表现在以下三个方面：
一：转化为金属氧化物。水体中的某些重金属可在微生物作用下转化为毒性更强的金属化合物，如汞的甲基化作用就是其中典型例子。
二：食物链的放大作用。生物从环境中摄取重金属可经食物链的生物放大作用，在较高级生物体内成千万倍地富集起来，然后通过食物进入人体，在人体的某些器官中积蓄起来造成慢性中毒，危害人体健康。
三：毒性效应。在天然水体中只要有微量重金属即可产生毒性效应，一般重金属产生毒性的范围大约在 1~10mg/L 之间。
1.2 常用的重金属废水处理方法
处理重金属废水的方法有很多，可分为两大类：一类是使溶解性的重金属转变为难溶或者不溶的金属化合物，从而将其从水中除去。另一类是在不改变重金属化学形态的情况下进行浓缩分离，例如离子交换法、电渗析法、反渗透法、蒸发浓缩法等。
氢氧化物沉淀法。该方法是通过向重金属废水加入碱性沉淀剂(如碳酸钠碱液、石灰乳等)，使金属离子与轻基发生反应，生成难溶的金属氢氧化物沉淀，从而予以分离的方法。
硫化物沉淀法。该方法是通过向废水中投加硫化剂，使金属离子与硫化物发生反应，生成难溶的金属硫化物沉淀从而得以分离的方法。硫化剂可采用硫化氢、硫化钠或硫化亚铁等。此法的优点是生成的金属硫化物的溶解度比金属氢氧化物的溶解度小，处理效果比氢氧化物沉淀更好，而且含水率低，残渣量少，便于回收有用金属。缺点是硫化物价格高。
还原法。该方法是通过向废水中投加还原剂，使金属离子还原为金属或低价金属离子，再投加石灰使其成为金属氢氧化物沉淀从而得以分离的方法。还原法可用于汞、铜等金属离子的回收，常用于含铅废水的处理。
电解法。电解法是利用电极与重金属离子发生电化学作用而消除其毒性的方法。按照阳极类型不同，将电解法分为电解沉淀法和回收重金属电解法两类。电解法占地小、设备简单、操作管理方便、而且可以回收有价金属。但出水水质差、电耗大、废水处理量小。
膜分离方法。该方法是利用一种特殊的半透膜，在外界压力的作用下，在不改变溶液中化学形态的基础上，将溶质和溶剂进行分离或浓缩的方法。膜分离法包括扩散渗折法、反渗透法、液膜法、电渗析法和超滤法等。
铁氧体法。铁氧体是由铁离子、氧离子以及其它金属离子所组成的氧化物，是一种具有铁磁性的半导体。采用铁氧体法处理重金属废水是根据铁氧体的制造原理，利用铁氧体反应，把废水中的二价或三价金属离子，充填到铁氧体尖晶石的晶格中去，从而得到沉淀分离的方法。
吸附法。吸附是指利用多孔性固体物质吸附废水中的污染物，以回收或去除废水中的某些物质而使废水得到净化的方法。吸附是一种界面现象，它的作用仅发生在两项的界面上。吸附发生的主要原因是固体表面的分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面能，当某些物质碰撞固体表面时，受到这些不平衡力的吸引而停留在固体表面上，这就是吸附。具有吸附能力的多孔性固体物质称为吸附剂。而废水中被吸附的物质称为吸附质。吸附的结果是吸附质在吸附剂上富集，吸附剂的表面能降低，同时废水中污染物的含量降低，达到废水净化的目的。
吸附法由于工艺简单、占地面积小、无二次污染、操作方便，特别适用于处理含金属离子的废水。
聚乙烯胺是一种新型的高分子材料，侧链含有大量氨基，使其具有吸附性，可用于吸附废中重金属离子。
1.3 聚乙烯胺的性能及制备
聚乙烯胺( polyvinylamine,简称PVAm) 是一类含有多氨基的水溶性高分子大
量氨基的存在提供了许多新功能.它是一种新型的链状水溶性高分子材料，由于侧链含有大量高反应活性的氨基，使其呈阳离子性。其分子链长度和电荷密度都可以根据实际应用的需要来设计。
它可以作为一种起始原料合成许多有特殊性能的化工产品，如用于药物合成、染料合成等; 也可以单独使用,如在造纸过程中用做增强剂，水处理中用做絮凝剂，油田生产中用做压裂液、完井液。近年来又开发了在生物医学方面的应用，引起了有关方面重视。有关聚乙烯胺合成的文献最早出现于20世纪40年代。
由于乙烯胺非常不稳定，不能通过乙烯胺的聚合反应来制备聚乙烯胺。迄今为止， 聚乙烯胺的制备方法主要分为两类： 一是聚丙烯酰胺的Hofmann降级重排，二是聚( N-甲/乙酰胺) 乙烯胺的水解。
目前，作为一种新兴的高分子材料，聚乙烯胺主要用于石油开采、污水处理、造纸、印染等行业。但应用于吸附材料方面的报道不多，主要由于聚乙烯胺易溶于水，吸附后难以分离的特性限制了其在吸附方面的应用。本研究拟通过加入交联剂制备聚乙烯胺微球，以获得良好的重金属离子吸附性和再生性能。
1.4 高分子微球的制备方法
葡萄糖 C6H12O6H2O 分析纯 江苏强盛功能化学股份有限公司
氮乙烯基甲酰胺 C3H5NO 分析纯 -
N-N，-亚甲基双丙烯酰胺数量为0.5g-4g，检验产物收率和微球形貌，确定最优的交联剂添加量。微球收率的计算方法：m(PNVF) /m(NVF)*100%
1 引言 1
1.1 重金属离子的环境危害 1
1.2 常用的重金属废水处理方法 2
1.3 聚乙烯胺的性能及制备 3
1.4 高分子微球的制备方法 4
1.5 实验的目的和意义 5
2 实验部分 5
2．1 主要仪器及试剂 5
2.2 实验内容 7
3 实验结果与讨论 9
3.1 PNVF微球的制备及表征 9
3.2 PVAm微球的制备及表征 12
3.3 PVAM微球的吸附性能研究 15
3.5 与其他常见吸附剂进行对比 21
结论 22
致 谢 23
参考文献 24
1 引言
随着我国经济和工业的发展,工业生产中含重金属废水的排水量越来越大, 含重金属的污染物进入生态环境，对人类的健康带来了严重威胁。重金属污染在环境中难以降解，能在动物和植物体内积累，通过食物链逐步富集，浓度成千上万甚至上百万倍的增加，最后进入人体造成危害，是危害人类最大的污染物之一。因此，治理环境中的重金属污染物对于保护生态环境和人体健康都具有极为重要的意义。原有的重金属废水净化剂存在价格高的缺点,给废水的净化带来了难度。这要求能够研制出净化效果好、成本低廉的新型含重金属废水净化剂,以满足工业废水处理的需要。
1.1 重金属离子的环境危害
水体重金属离子污染是指含有重金属离子的污染物进入水体对水体造成的污染。重金属离子具有毒性大，生物富集性强不可自然降解及来源复杂等特点。重金属污染物指密度在 5.0 g/cm3以上的 45 种元素。废水中重金属主要有汞（Hg）、铅（Pb）、镉（Cd）、锌（Z *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
n）、铬（Cr）、铜（Cu）、锡（Sn）、镍（Ni）、锰（Mn）、铁（Fe）等。废水中的重金属是各种常用水处理方法不能分解破坏的，而只能转移它们的存在位置和转变它们的物理化学状态。因此，重金属废水应当在产生地点就地处理，不同其他废水混合。如果用含有重金属离子的污泥和废水作为肥料和灌溉农田，会使土壤受污染，造成农作物中及进入水体后造成水生生物中重金属离子的富集，通过食物链对人体产生严重危害。重金属污染的特点主要表现在以下三个方面：
一：转化为金属氧化物。水体中的某些重金属可在微生物作用下转化为毒性更强的金属化合物，如汞的甲基化作用就是其中典型例子。
二：食物链的放大作用。生物从环境中摄取重金属可经食物链的生物放大作用，在较高级生物体内成千万倍地富集起来，然后通过食物进入人体，在人体的某些器官中积蓄起来造成慢性中毒，危害人体健康。
三：毒性效应。在天然水体中只要有微量重金属即可产生毒性效应，一般重金属产生毒性的范围大约在 1~10mg/L 之间。
1.2 常用的重金属废水处理方法
处理重金属废水的方法有很多，可分为两大类：一类是使溶解性的重金属转变为难溶或者不溶的金属化合物，从而将其从水中除去。另一类是在不改变重金属化学形态的情况下进行浓缩分离，例如离子交换法、电渗析法、反渗透法、蒸发浓缩法等。
氢氧化物沉淀法。该方法是通过向重金属废水加入碱性沉淀剂(如碳酸钠碱液、石灰乳等)，使金属离子与轻基发生反应，生成难溶的金属氢氧化物沉淀，从而予以分离的方法。
硫化物沉淀法。该方法是通过向废水中投加硫化剂，使金属离子与硫化物发生反应，生成难溶的金属硫化物沉淀从而得以分离的方法。硫化剂可采用硫化氢、硫化钠或硫化亚铁等。此法的优点是生成的金属硫化物的溶解度比金属氢氧化物的溶解度小，处理效果比氢氧化物沉淀更好，而且含水率低，残渣量少，便于回收有用金属。缺点是硫化物价格高。
还原法。该方法是通过向废水中投加还原剂，使金属离子还原为金属或低价金属离子，再投加石灰使其成为金属氢氧化物沉淀从而得以分离的方法。还原法可用于汞、铜等金属离子的回收，常用于含铅废水的处理。
电解法。电解法是利用电极与重金属离子发生电化学作用而消除其毒性的方法。按照阳极类型不同，将电解法分为电解沉淀法和回收重金属电解法两类。电解法占地小、设备简单、操作管理方便、而且可以回收有价金属。但出水水质差、电耗大、废水处理量小。
膜分离方法。该方法是利用一种特殊的半透膜，在外界压力的作用下，在不改变溶液中化学形态的基础上，将溶质和溶剂进行分离或浓缩的方法。膜分离法包括扩散渗折法、反渗透法、液膜法、电渗析法和超滤法等。
铁氧体法。铁氧体是由铁离子、氧离子以及其它金属离子所组成的氧化物，是一种具有铁磁性的半导体。采用铁氧体法处理重金属废水是根据铁氧体的制造原理，利用铁氧体反应，把废水中的二价或三价金属离子，充填到铁氧体尖晶石的晶格中去，从而得到沉淀分离的方法。
吸附法。吸附是指利用多孔性固体物质吸附废水中的污染物，以回收或去除废水中的某些物质而使废水得到净化的方法。吸附是一种界面现象，它的作用仅发生在两项的界面上。吸附发生的主要原因是固体表面的分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面能，当某些物质碰撞固体表面时，受到这些不平衡力的吸引而停留在固体表面上，这就是吸附。具有吸附能力的多孔性固体物质称为吸附剂。而废水中被吸附的物质称为吸附质。吸附的结果是吸附质在吸附剂上富集，吸附剂的表面能降低，同时废水中污染物的含量降低，达到废水净化的目的。
吸附法由于工艺简单、占地面积小、无二次污染、操作方便，特别适用于处理含金属离子的废水。
聚乙烯胺是一种新型的高分子材料，侧链含有大量氨基，使其具有吸附性，可用于吸附废中重金属离子。
1.3 聚乙烯胺的性能及制备
聚乙烯胺( polyvinylamine,简称PVAm) 是一类含有多氨基的水溶性高分子大
量氨基的存在提供了许多新功能.它是一种新型的链状水溶性高分子材料，由于侧链含有大量高反应活性的氨基，使其呈阳离子性。其分子链长度和电荷密度都可以根据实际应用的需要来设计。
它可以作为一种起始原料合成许多有特殊性能的化工产品，如用于药物合成、染料合成等; 也可以单独使用,如在造纸过程中用做增强剂，水处理中用做絮凝剂，油田生产中用做压裂液、完井液。近年来又开发了在生物医学方面的应用，引起了有关方面重视。有关聚乙烯胺合成的文献最早出现于20世纪40年代。
由于乙烯胺非常不稳定，不能通过乙烯胺的聚合反应来制备聚乙烯胺。迄今为止， 聚乙烯胺的制备方法主要分为两类： 一是聚丙烯酰胺的Hofmann降级重排，二是聚( N-甲/乙酰胺) 乙烯胺的水解。
目前，作为一种新兴的高分子材料，聚乙烯胺主要用于石油开采、污水处理、造纸、印染等行业。但应用于吸附材料方面的报道不多，主要由于聚乙烯胺易溶于水，吸附后难以分离的特性限制了其在吸附方面的应用。本研究拟通过加入交联剂制备聚乙烯胺微球，以获得良好的重金属离子吸附性和再生性能。
1.4 高分子微球的制备方法
葡萄糖 C6H12O6H2O 分析纯 江苏强盛功能化学股份有限公司
氮乙烯基甲酰胺 C3H5NO 分析纯 -
N-N，-亚甲基双丙烯酰胺数量为0.5g-4g，检验产物收率和微球形貌，确定最优的交联剂添加量。微球收率的计算方法：m(PNVF) /m(NVF)*100%
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