壳聚糖羟基磷灰石对重金属离子的吸附研究

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现代工业的发展导致含重金属废水的排放量越来越大,水质也越来越复杂,所以环保工作者愈加的重视对重金属废水的处理。通过研究治理此类废水,大家达成一个共识:有效的处理方法应该是具有高效、方便、不会产生二次污染这些特点。化学沉淀法、微电解—混凝沉淀法、吸附法等是去除工业废水中重金属离子的主要方法,其中吸附法是比较引人注意的。壳聚糖是一种天然高分子化合物,是甲壳素的脱乙酰化产物,它的化学名称为(1-4)-2-氨基-2-脱氧-β-D-葡萄糖。壳聚糖分子中含有-NH2,-OH活性基团,可与重金属离子形成配位化合物,从而制成高分子吸附剂吸附重金属离子,无毒,不会产生二次污染,并能为生物作用分解。但当壳聚糖在酸性环境中吸附金属离子时,会因分子中的-NH2被质子化形成-NH3+溶于水,从而造成吸附剂的损失;此外,因壳聚糖分子链间和分子链内部有氢键的存在,就影响了吸附能力;再次,壳聚糖的机械强度、热稳定性和化学稳定性也都有待进一步的提高。为改善壳聚糖的性能,常通过交联、衍生化、与其它聚合物或无机物共混等手段对其进行改性。这类方法存在只能局部改进某一方面的性能、混合的不均匀、操作要求严格且成本较高等缺陷,这样就影响了它们在实际中的应用。羟基磷灰石的分子式为Ca10(PO46(OH)2,是人体和动物骨骼的主要无机矿物成分,具特殊的晶体化学结构,可对多种金属离子具有广泛的吸附固定作用,从而可用于废水中金属离子的处理。但羟基磷灰石的脆性大、韧性低等缺点同样也限制了它的应用。有机高分子化合物/无机物复合材料兼具高分子化合物和无机物的优点。发现它对金属离子具有较好的吸附性能。本文中利用改良原位复合法制备了羟基磷灰石壳聚糖复合材料,原理是壳聚糖分子中含有大量的-NH2,在乙酸作用下被质子化成-NH3+,在Ca(II)和P(V)的存在下形成络合物。通过研究这种复合材料对水溶液中的Ni2+、Co2+、Zn2+的吸附性能,探讨了吸附时间、温度、起始浓度以及pH值对吸附性能的影响,确定了壳聚糖羟基磷灰石的吸附最佳条件。本文研究了壳聚糖羟基磷灰石复合材料对Ni2+、Co2+、Zn2+的吸附动力学和热力学,得到了相应离子的吸附动力学模型和热力学模型,并得到了相应的Ea和热力学参数。
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