磁性吸附劑之合成及其在水中銅及銦污染物處理上之應用

本研究探討磁性高分子吸附劑的合成,及其應用於水中銅及銦污染物的去除。其後利用高梯度磁場分離回收磁性高分子吸附劑。研究中利用化學共沈澱法製造超順磁性Fe3O4的凝膠(M),並分析此超順磁性奈米磁鐵礦的特性。取此凝膠加入醋酸乙烯酯(vinyl acetate)、二乙烯苯(divinyl benzene)、及其它有機物質(聚乙烯醇(ployvinyl alcohol, PVA)、甲烯藍(methylene blue)、過氧化二甲苯(benzyl peroxide)) 等反應物,再利用懸浮聚合法進行化學合成以製造出含有Fe3O4的磁性有機聚合物顆粒 (M-PVAC)。然後,再進行醇化(alcoholysis)、環氧烷基活化(epoxide activation)、及偶聯(coupling)亞胺二醋酸(iminodiacetic acid, IDA)螯合劑等顆粒表面的化學改質以合成M-PVAC-IDA,及其表徵分析。以合成之M-PVAC-IDA針對銅及銦離子進行吸附及脫附實驗。藉由銅及銦離子吸、脫附實驗之數據可建立等溫吸、脫附線結果顯示銅離子於pH值等於1, 2, 4.5之吸附實驗,在pH值為4.5時利於吸附且適合以Freundlich模式描述平衡關係。而銦之吸附在pH值等於2, 3時均利於吸附,在pH值為3時適合Freundlich模式,在pH值為2時則以Langmuir較適用。研究中並假性一階動態模式和假性二階動態模式分別用來模擬動態吸附與脫附行為,結果顯示M-PVAC-IDA吸附高濃度的銅離子以假性一階動態模式較適合。藉由內部質量傳送機制(表面擴散)及外部質量傳送機制(膜擴散)之探討,發現M-PVAC-IDA吸附銅和銦離子以外部質量傳送機制為速率決定步驟。另外,根據結晶場理論之探討,可發現M-PVAC-IDA吸附銅離子需要四個配位數形成一平面結構。經由表面錯合平衡常數 和 的計算,可得M-PVAC-IDA吸附銅銦之表面錯合平衡常數分別為 2.85, 0.22。探討高梯度磁分離時,實驗之結果可以模式加以適當的模擬。此高梯度磁分離模式可預測有效分離時間及最適流速等操作參數。

作者:曾吉永