复合改性壳聚糖对水中Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附研究

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水体重金属污染是目前人类面临的严峻考验之一。吸附法作为一种高效去除水体中重金属的方法被广泛运用。壳聚糖(CS)具有成本低廉、对环境友好等特点,可作为一种理想的重金属吸附剂,近年来受到广泛关注。本研究通过六水合氯化铁(FeCl3·6H2O)以及十二烷基磺酸钠(SDS)对壳聚糖(CS)进行复合改性。制备出三价铁改性壳聚糖(CS-Fe)、十二烷基磺酸钠改性壳聚糖(CS-SDS)以及三价铁、十二烷基磺酸钠复合改性壳聚糖(CS-Fe-SDS)三种吸附剂。以Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)为目标去除物,对吸附剂投加量、溶液pH、吸附时间,初始吸附浓度等影响因素进行实验研究。同时通过FIRT、SEM和XRD三种表征方法对合成的改性吸附剂进行表征分析以探究改性机理和吸附机理。所得主要成果如下:(1)通过均相法制备出CS-Fe、CS-SDS以及CS-Fe-SDS改性吸附材料,三种改性材料对Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附受pH影响较大。实验范围内,材料对这两种重金属的最佳吸附pH分别为5.5和3.0。(2)CS-Fe、CS-SDS、CS-Fe-SDS对同一种重金属的吸附速率并不相同。对于Cu(Ⅱ)而言,三种吸附材料分别在90、30和60min达到吸附平衡。对于Cr(Ⅵ)而言,三种吸附材料分别在35、50和120min达到吸附平衡。(3)通过拟一、二级动力学模型,Langmuir和Freundlich模型对所得实验数据进行拟合分析得出如下结论:三种材料对Cu(Ⅱ)的吸附以化学吸附为主,而对Cr(Ⅵ)的吸附则是化学吸附和物理吸附共同作用的结果;材料对Cu(Ⅱ)的吸附以单层吸附为主,对Cr(Ⅵ)的吸附同时存在单层吸附过程和多层吸附过程。拟合所得CS-Fe对Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的最大吸附量分别为79.72、169.28mg/g;CS-SDS对Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的最大吸附量分别为215.83、61.40mg/g;CS-Fe-SDS对Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的最大吸附量分别为173.34、131.91mg/g。(4)将三种材料对Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的吸附效果进行对比分析,认为CS-Fe-SDS具有较好的吸附能力,以其为研究对象进行后续干扰离子实验以及表征机理分析。吸附过程中存在干扰离子时,常见阳离子的存在未对CS-Fe-SDS吸附Cu(Ⅱ)产生较大影响;而阴离子除CO32-以外,其余对CS-Fe-SDS吸附Cr(Ⅵ)也未产生较大影响。利用CS-Fe-SDS对Cu(Ⅱ)、Cr(Ⅵ)混合溶液进行吸附研究,结果表明Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的存在对另一种离子的吸附有着促进作用。在实验范围内,Cu(Ⅱ)的存在最高能提升42%材料对Cr(Ⅵ)吸附量;Cr(Ⅵ)的存在最高能提升70%材料对Cu(Ⅱ)吸附量。(5)对CS-Fe-SDS进行FIRT、XRD和SEM表征分析:结果表明SDS和Fe(Ⅲ)已经成功负载在CS上。改性后的材料的结晶度较低,且呈现聚合、不规则,无定型状态。
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