聚苯胺-聚苯乙烯球(PANI@PS)复合材料的吸附-还原策略
六价铬广泛存在于电镀,印刷,陶瓷的废水中,皮革制造和木材防腐工业等。将Cr(VI)还原为低毒性Cr(III)是Cr(VI)污染处理的较重要步骤之一。常见的方法包括光催化还原,电化学还原和化学还原,但他们需要输入高能量或使用还原剂,还需要进一步处理得到的Cr(III),如沉淀和吸附过程,这使得Cr(VI)的处理过程复杂化并造成严重的二次污染。同时吸附Cr(VI)并将其还原为Cr(III)然后隔离所得的Cr(III),具有高去除效率和环境友好特征以及可回收利用Cr(III),成为了Cr(VI)废水处理的选策略。
用一步法简便地合成了聚苯胺-聚苯乙烯球(PANI@PS)复合材料。该材料具有多孔结构,多个相互作用位点和聚合物中的限制作用,使得该材料在近中性pH(6.0)条件下对Cr(VI)具有较高的吸附能力。此外,PANI @ PS在将Cr(VI)还原为Cr(III)后可以**地隔离Cr(III),这是由于PS纳米孔的限制效应所产生的带负电表面,**避免了带正电荷的PANI对Cr(III)的排斥作用。此外,基于PANI的电化学氧化还原可逆性,为PANI @ PS的再生提供了新思路。
示意图1. PANI @ PS合成图解
图1. PS和PANI @ PS**的形态和结构。PS(a,b)和PANI @ PS(c,d)的表面形态和内部外观以及PANI @ PS的横截面(e);在PANI @ PS部分上的N元素的EDS线扫描(f),FTI IR光谱(g)和PANI @ PS的BJH表面积(h)。
图2.PANI @ PS和块状PANI对Cr(VI)吸附和还原。PANI @ PS和PAN I吸附Cr(VI) (a)及PANI @ PS在pH6.0和pH1.0吸附Cr(VI)后的XPS光谱。
图3.在PANI @ PS上Cr(VI)的吸附和还原过程:PANI @ PS不同pH 值Cr(VI)下对Cr(VI)吸附和还原能力(a);PANI @ PS的N 1s XPS光谱;PANI @ PS吸附Cr(VI)后的N 1s XPS光谱pH 6.0(c)和pH1.0(d)。
图4.Cr(III)螯合的机理。PANI @ PS和块状PANI的表面电位(a);PANI @ PS,块状PANI和氧化的PANI @ PS吸附Cr(III )(b)。
示意图2.Cr在PANI @ PS上的协同作用机制。
图5.Cr(VI)的柱吸附:pH6.0(a)和1.0(b)
图6.Cr的解吸和PANI @ PS的新型再生策略:PANI @ PS和PANI不同的解吸方法(a);在pH值为6.0的条件下水合肼再生PANI @ PS和电还原PANI @ PS(阴极, -10V,2h)(b);循环去除Cr性能(c);PANI @ PS和D201的抗压强度变化(d)。
提出了一种Cr(VI)吸附-还原-螯合以及Cr再循环的策略。通过简单的方法合成了PANI @ PS,克服了块状PANI在水处理应用中的不足,并提高了去除Cr(VI)的能力。重要的是,聚合物中的限制作用,PANI @ PS还可以在将Cr(VI)还原成Cr(III)后**地隔离Cr(III)。提出了基于PANI的电化学氧化还原可逆性,再生PANI @ PS的新策略。总的来说,这项工作提供了一种全面的方法去除Cr(VI)以及通过同时吸附/还原/封存过程在近中性pH(6.0)中回收Cr(III)。同时,它可以指导和改善水处理中其他块状材料的利用。
wyf 04.13