β环糊精裂解材料结构特性及其对水体重金属的吸附性能研究

来源 :河北工程大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:fsongyifa
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β环糊精是一种由七个葡萄糖单元分子通过1,4-糖苷键结合成的锥形圆环状低聚糖,内含一个无极性腔,腔外有初级羟基,腔内有次级羟基,外缘亲水内部疏水,其疏水空腔中可与多种有机和无机化合物形成包合物,因而在农药、仿酶、化妆用品、香料等方面的应用十分广泛。同时,β环糊精也可以通过羟基与金属发生反应,所以在重金属去除方面也有一定贡献。但直接采用β环糊精进行重金属吸附,吸附速度慢、最大吸附量低,这些缺点使其应用受到一定的限制。将生物质通过限氧裂解的方法可以制备成性质稳定的固态富碳材料,由于其丰富的含氧官能团和微孔结构,可以吸附水体中的重金属,常被用来进行水体修复,且效果显著。因此受到启发,本研究以β环糊精为原料,经低温裂解制备不同温度的固态富碳材料—β环糊精裂解材料,并进行了以下研究:β环糊精裂解材料的物理化学性质及组成结构分析;β环糊精裂解材料对多种重金属的吸附性能研究;500℃磁性β环糊精裂解材料对Cu2+的吸附性能分析。主要结论如下:(1)β环糊精裂解材料的产物产率随着制备温度的升高逐渐下降,比表面积随制备温度的升高大幅度增加。在裂解温度为700℃时,晶格结构明显,结构的完整性比300℃和500℃也更加完善。(2)β环糊精裂解材料对Pb2+的吸附符合准二级动力学模型,300℃β环糊精裂解的吸附速率更快,达到平衡所需的时间较短。β环糊精裂解材料对Pb2+的等温吸附曲线更符合Langmuir方程,500℃β环糊精裂解材料的最大吸附量达到1433.39mg/g;对Cr3+和Cr6+的动力学吸附符合准一级动力学模型,等温吸附符合Langmuir曲线,相比较Cr3+,β环糊精裂解材料对Cr6+的最大吸附量较少,这是因为吸附剂对Cr6+吸附所需要的吸附位点更多;β环糊精裂解材料对Cd2+的吸附最大吸附量在不同温度分别为300℃:1029.04mg/g、500℃:1237.42mg/g、700℃:829.06mg/g;β环糊精裂解材料对Cu2+的吸附在500℃最大吸附量达到最高,为926.14 mg/g,动力学吸附行为符合准一级动力学模型,等温吸附符合Langmuir曲线。(3)由500℃β环糊精裂解材料制备的磁性吸附材料对Cu2+的最大吸附量小于非磁性材料,FeCl3·6H2O在为β环糊精裂解材料增加磁性的同时,铁离子占据了吸附材料的吸附位点。动力学吸附实验中,在最初的10h中,吸附速率较快,吸附时间和吸附量基本呈现线性增长关系,当时间进一步增加,吸附量基本不再变化。等温吸附实验中,随着Cu2+浓度增加,500℃磁性β环糊精裂解材料对Cu2+的吸附量迅速增加,这时吸附材料的吸附位点较多,当Cu2+的浓度达到200mg/g之后,吸附量不再明显增加。
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