壳聚糖重金属离子选择性吸附剂的制备及其应用研究

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随着人口的增长和工业矿业的发展,大量的重金属离子废液未经处理即被排放到水中,造成严重的重金属水体污染。壳聚糖是一种天然多糖,其结构中的氨基和羟基可以作为重金属离子的吸附活性位点。因此,壳聚糖可以作为吸附剂去除溶液中的重金属离子。目前,已经有很多关于改性壳聚糖的研究报道,但对重金属离子具有吸附选择性的壳聚糖改性报道仍然比较少。本文制备了对重金属离子具有吸附选择性的三种改性壳聚糖吸附剂,采用了FT-IR、XRD、SEM、TGA等方法对所得吸附剂进行了结构和形貌的表征,研究了如溶液pH、吸附时间、温度和吸附剂用量等因素对吸附剂吸附重金属离子的影响。主要结果如下:(1)三聚氰胺接枝交联壳聚糖吸附剂的制备及其对Pb2+和Hg2+的吸附研究使用壳聚糖作为原料,首先与戊二醛进行适度交联,然后再与三聚氰胺进行接枝,制备了三聚氰胺接枝交联壳聚糖吸附剂(GMCS)。FT-IR和13C NMR谱分析表明,实验得到了目标产物。SEM表征表明,产物由粒径约为1?m的不规则颗粒粘联而成。吸附研究表明GMCS对Pb2+和Hg2+的吸附具有选择性和高吸附容量,对Pb2+和Hg2+吸附最佳的pH分别对应为5和6;最大吸附量分别为622.5 mg g-1和492.8 mg g-1;吸附均符合拟二级动力学和Langmuir等温模型;吸附是吸热的化学鳌合过程。吸附剂经吸附-脱附循环后可再生。(2)肉桂酸接枝交联壳聚糖吸附剂的制备及其对Hg2+吸附性能的研究选用壳聚糖作为原料,先将壳聚糖与戊二醛进行适度交联,再与肉桂酸进行引发接枝,制备了肉桂酸接枝交联壳聚糖吸附剂(GCCS)。FT-IR和13C-NMR谱分析表明,实验得到了目标产物。SEM表征的结果表明,产物由粒径约为2?m的不规则颗粒粘联而成。吸附研究表明,GCCS对Hg2+具有吸附选择性和高吸附容量,吸附最佳pH为6,最大吸附量为714.3 mg g-1。吸附符合拟二级动力学和Langmuir等温模型。吸附是吸热且自发的化学过程。吸附-脱附循环实验结果证明,吸附剂可脱附再生。(3)Ca2+模板丙烯酸接枝聚合交联壳聚糖吸附剂的制备及其应用研究以壳聚糖为原料,使壳聚糖在钙离子存在下与丙烯酸进行接枝聚合,然后再与戊二醛进行交联,最后去除钙离子模板,制备了钙离子模板的改性壳聚糖吸附剂(GACS)。FT-IR谱分析表明,实验得到了目标产物。SEM表征结果表明,产物由约为700 nm的小颗粒组成。吸附研究表明GACS对Pb2+和Hg2+具和有吸附选择性,其中对Hg2+具有最高的吸附容量,吸附最佳pH为6;最大吸附量为555.6 mg g-1。吸附符合拟二级动力学和Langmuir等温模型。吸附为吸热过程,同时吸附剂具有再生性。上述结果表明,所得的三种壳聚糖改性吸附剂对Pb2+和Hg2+或之一离子具有吸附选择性和较高的容量,同时可用EDTA再生。因此,上述吸附剂有望用于处理含Pb2+或Hg2+的废水。
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