新型壳聚糖基气凝胶的制备及其对废水中铅离子的净化研究

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含铅废水会破坏生态平衡和人类健康,吸附法因其效果好、污染小和操作简单在含铅废水处理领域发挥了重要作用。壳聚糖气凝胶因比表面积大、孔隙率高和官能团丰富,在含铅废水净化领域受到青睐,但壳聚糖气凝胶也存在吸附量低、吸附速度慢、抗酸性弱和力学性能差等缺点,难以直接用于含铅废水的去除。因此,本文以壳聚糖为原材料,利用微晶纤维素和皂土对其进行改性,通过溶胶凝胶法、冷冻干燥法和双向再生法制备了壳聚糖基气凝胶,并将其应用于铅离子的吸附。主要研究内容如下:(1)以壳聚糖为原材料,通过冷冻干燥法制备了壳聚糖气凝胶(CSA)。利用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶红外光谱仪(FT-IR)、X射线衍射仪(XRD)和X射线能谱仪(XPS)对CSA进行了表征分析,探究了吸附时间、初始Pb(II)浓度、p H、Na+和K+浓度对CSA吸附效果的影响。研究结果表明,CSA对Pb(II)的吸附平衡时间为1440 min,吸附动力学符合准一级模型;吸附饱和容量为53 mg·g-1,等温线数据符合Langmuir模型;p H为5.5时吸附效果最佳,Na+和K+对CSA吸附Pb(II)有抑制作用。(2)以壳聚糖和微晶纤维素为原材料,通过溶胶凝胶法、冷冻干燥法和双向再生法合成了壳聚糖/微晶纤维素气凝胶(CS-MCCA)。利用SEM和FT-IR等方法对CS-MCCA进行了表征分析,探究了不同因素对CS-MCCA吸附性能的影响。研究结果表明,CS-MCCA的吸附平衡时间为2880 min,吸附动力学符合准二级模型;CS-MCCA的吸附容量为127.18 mg·g-1,是CSA吸附容量的2.4倍,等温线数据符合Freundlich模型。因此,微晶纤维素的加入克服了壳聚糖气凝胶吸附量低和抗酸性弱的缺点,双向再生法为壳聚糖和微晶纤维素的循环利用提供了新的思路。(3)以壳聚糖、皂土和微晶纤维素为原材料,通过溶胶凝胶法、冷冻干燥法和双向再生法合成了皂土/壳聚糖/微晶纤维素气凝胶(BT-CS-MCCA)。对BT-CS-MCCA进行了表征分析,探究了不同条件对BT-CS-MCCA吸附性能的影响。研究结果表明,BT-CS-MCCA的吸附平衡时间为60 min,相比CSA和CS-MCCA得到了大幅度的提高;BT-CS-MCCA的饱和吸附容量为227.18 mg·g-1,是CSA的4.29倍;p H为5.5时吸附效果最佳;Na+和K+浓度在0-0.1 mol·L-1时能够促进BT-CS-MCCA对Pb(II)的吸附。BT-CS-MCCA具有吸附速度快、吸附量大、抗酸性强和力学性能好等优点,在含铅废水处理领域具有广阔的应用前景,为重金属离子污染的处理提供了新的思路。
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