改性丝瓜络对水中典型污染物的吸附研究

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水体中重金属污染、有机污染、生物污染日益严重,污染物的存在对人类、动物和生态环境构成严重威胁。因此从水体中去除污染物是众多科研工作者的研究方向之一。在众多的污染物去除办法中,吸附法因操作简单,吸附迅速,对吸附条件要求简单等特点被广泛应用。吸附法的重点是制备出优良的吸附剂,丝瓜络作为一种天然的植物纤维,具有很高的机械强度和刚度,且耐酸碱盐,纤维素分子上含有大量的羟基,C6位上的伯羟基的反应能力高,易于修饰,因此丝瓜络(LG)是优质的生物质吸附剂。本文以丝瓜络为基底材料,使用环氧氯丙烷和亚氨基二乙酸(IDA)修饰得到亚氨基二乙酸改性的丝瓜络(IDA-LG),并在此基础上分别将锆(Ⅳ)、镧(Ⅲ)以络合的形式负载到IDA-LG上,得到Zr-IDA-LG、La-IDA-LG两种新的吸附剂。通过对三种改性吸附材料进行表征以及对模型污染物的动态和静态吸附实验,探讨吸附过程的影响因素和吸附机制。表征结果显示改性后吸附剂表面形貌、比表面积以及内部官能团均发生明显变化,且改性后等电点向酸性方向移动,表明丝瓜络改性成功。IDA-LG对Pb2+、Zn2+静态吸附实验结果表明较高的酸度和盐度均不利于吸附的进行。在303 K时吸附剂对Pb2+、Zn2+的最大吸附量分别为82.5 mg·g-1和25.2mg·g-1,Koble-Corrigan等温线模型(n接近于1)和动力学模型拟合表明吸附实验为单分子层的化学吸附,且伴随有离子交换的进行。在二元体系中,IDA-LG对Pb2+的亲和力高于Zn2+和Cu2+。Yan模型可以用来描述动态吸附过程,高固定床、低流速有利于动态吸附。0.1 mol·L-1 HNO3+0.1 mol·L-1 Ca(NO3)2对静态和动态下的吸附剂具有良好的解吸再生效果。改性后丝瓜络的吸附能力相比原生丝瓜络有显著提高,且对Pb(Ⅱ)表现出良好的吸附选择性。Zr-IDA-LG对邻苯二酚、阿莫西林的吸附研究结果表明,盐的存在不利于吸附;在pH值2~6范围内,Zr-IDA-LG对邻苯二酚的单位吸附量逐渐增高,在pH值6~8范围内持平稳状态,Zr-IDA-LG对阿莫西林的吸附基本不受pH影响;在优化条件下,Zr-IDA-LG对邻苯二酚的最大理论吸附量为39.7mg.g-1,对阿莫西林的最大理论吸附量为29.3 mg·g-1。Zr-IDA-LG对邻苯二酚吸附等温线和动力学模型表明吸附过程是以单分子层吸附为主,并伴随离子交换;Zr-IDA-LG对阿莫西林吸附等温线和动力学模型表明吸附过程以单分子层吸附为主,并存在杂化吸附,且伴随着离子交换。Zr-IDA-LG对邻苯二酚、阿莫西林热力学参数显示,反应是自发的,吸热的,熵增的。动态吸附实验中柱子越高、流速越低越有利于吸附的进行,同时Yan模型可以用来说明两者动态吸附行为。解吸再生实验表明新型吸附材料绿色、环保、可循环利用。La-IDA-LG对PO43-的吸附研究结果表明,在pH=4时最有利于吸附,盐度不利于吸附的进行;在303 K最佳吸附条件下,吸附剂对PO43-的最大理论吸附量为24.6 mg·L-1(以磷计);La-IDA-LG对PO43-的静态吸附机理可由Langmuir、Koble-Corrigan 和 Redlich-Peterson 以及 Pseudo-second-order、Double Constant equation和Elovich描述和预测;热力学参数显示,该吸附过程是吸热熵增自发的。Yan模型可以用来描述La-IDA-LG对PO43-的吸附过程。静态解吸再生实验表明0.1 mol·L-1NaOH可以对吸附过PO43-的La-IDA-LG,再生效果良好。本文研究结果为进一步开发利用丝瓜络奠定了理论和实验基础。
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