酰基化纤维素基重金属吸附剂的制备研究

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纤维素含量丰富且能再生,本身就对重金属离子有吸附效果,其分子中的大量羟基为对其进行化学改性提供了可能。如何对纤维素进行改性使其成为性能稳定、吸附能力强的生物吸附剂已成为当前的研究热点。本文讨论了两种酰基化纤维素制备重金属吸附剂的方法及其合成机理,并对改性得到的吸附剂的物化性质和吸附性能进行了讨论。首先以丝光化脱脂棉为基质,在甲苯/三乙胺溶液中以DMAP作为催化剂,以琥珀酸酐为酰化试剂制备得到了琥珀酸酐酰化纤维素(SMC),制备得到的SMC再分别与FeCl3溶液和三乙烯四胺反应得到两种重金属吸附剂。SMC与FeCl3溶液反应得到载铁产物(ISMC),并对ISMC的合成机理进行探讨与分析。设计L9正交实验,得出最佳合成条件为缓冲液pH=6,反应温度为35℃,反应时间为24 h,n(Fe(Ⅲ)):n(羧基)=4。反应温度是最主要影响因素。并用现代化检测手段对其表征,FTIR、EDS证明了改性实验是成功的。SMC在不同活化剂作用下,再与三乙烯四胺反应得到胺基化产物(TSMC、CSMC、DSMC),并对其合成机理进行探讨与分析。并通过现代分析检测手段对产物的物化特性进行表征,FTIR表明改性实验是成功的。此外,我们探讨了ISMC对Cr(Ⅵ)的吸附性能及胺基化产物对Cu2+和Pb2+的吸附性能。ISMC对Cr(Ⅵ)的吸附实验结果表明pH较低时吸附容量较大,最佳pH=2。ISMC对Cr(Ⅵ)的吸附行为符合伪二阶动力学模型,且吸附遵循Langmuir等温线模型。吸附剂的解吸再生实验结果表明在1.0 mol·L-1氢氧化钠溶液中,本实验所得吸附剂ISMC具有良好的解吸效果(>95%)。经过四次解吸/吸附循环后,吸附效果降低16%。胺基化产物中TSMC对Cu2+和Pb2+的吸附效果最好。吸附实验结果显示TSMC对Cu2+和Pb2+的吸附效果均随pH的增大而增大,最佳pH均为6。此外,TSMC对Cu2+和Pb2+的去除率随着TSMC添加量的增加而增大。溶液温度对吸附效果的影响很大,TSMC对Cu2+和Pb2+的吸附量均随温度的升高而有明显改变,当温度从288 K升高到308 K时,TSMC对Cu2+和Pb2+的吸附量分别由95mg·g-1和149.4 mg·g-1增大到178.7 mg·g-1和188 mg·g-1,与此同时,去除率分别从47.6%和73.1提高到89.4%和94%。TSMC对Cu2+和Pb2+的吸附行为均遵循伪二阶动力学模型。此外,吸附遵循Langmuir等温线模型,由此模型计算得到Cu2+和Pb2+的qmax分别为103.8和228.3 mg·g-1。TSMC对Cu2+和Pb2+的吸附主要是离子交换和配位过程。吸附剂的解吸再生实验结果表明在0.2 mol·L-1盐酸溶液中,TSMC具有良好的解吸效果(>89%)。
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