甲壳素对七种金属离子的吸附性能研究

来源 :宁波大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Linda_724
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近几十年来,随着工业的发展,社会经济取得了前所未有的发展,与此同时,环境污染问题成为全社会关注的焦点。重金属对水质的污染是环境污染重要来源之一。由于重金属会随着水循环进入土壤,从而造成二次污染。自然界中的诸多生物体也能够对水环境中的重金属具有富集作用,进而通过食物链到达人体,对人类产生巨大的危害。因此,对于重金属水污染的监测、治理受到人们格外重视。净水是治理水质重金属污染的主要途径,目前常用的净水方法有沉淀、过滤、吸附、蒸馏等,其中,吸附法具有操作简单、成本低廉、反应速度快等特点被广泛使用。甲壳素是自然界存在第二大多糖类化合物,其中含有的氮原子、多羟基可以与诸多重金属行成配位化合物,从而起到络合重金属的作用,是一种优良的天然重金属络合吸附剂,也是相关科研人员重点研究的领域之一。本文选择以蟹壳为原料制备甲壳素,以获得的甲壳素作为金属离子铅(pb)、砷(As)、汞(Hg)、铬(Cr)、铝(Al)、铜(Cu)、铁(Fe)的吸附剂,进行了如下研究:(1)改变吸附体系的p H值,通过静态吸附,结合电感耦合等离子体质谱仪(简称ICP-MS)定量分析上述各种金属元素,系统研究了p H对甲壳素吸附效率的影响,结果表明:初始浓度为25μg/m L的pb、As、Hg、Cr、Al、Cu、Fe各50m L溶液,在吸附剂投加量为10g/L、温度为25℃的情况下,金属离子pb、As、Hg、Cr、Al、Cu、Fe的最佳吸附p H值分别为2、1、4、4、4、4、6;去除率分别为96.8%、22.2%、97.3%、96.5%、96.6%、97.6%、94.7%。去除率效果由高到低依次为铜离子、汞离子、铅离子、铝离子、铬离子、铁离子、砷离子;除砷外,其它金属离子在p H 3~8时,去除率效果平均在70%以上。(2)在优化了最佳吸附p H值的前提下,以初始浓度为25μg/m L碱金属离子溶液为研究对象,通过改变加入甲壳素的量,研究了甲壳素添加量对金属离子吸附效率的影响,结果表明:对于Pb、As、Hg、Cr、Al、Cu、Fe金属离子,甲壳素的最佳投料量分别为10g/L、15g/L、10g/L、8g/L、10g/L、10g/L、10g/L,在甲壳素最佳投料量条件下,平衡吸附容量由高到低依次为铝(Al)、铅(pb)、铬(Cr)、铜(Cu)、铁(Fe)、砷(As)、汞(Hg);吸附速率由高到低依次为铬(Cr)、铁(Fe)、铅(pb)、铝(Al)、汞(Hg)、铜(Cu)、砷(As)。(3)进一步对甲壳素吸附金属离子的动力学和不同温度下的吸附等温线进行研究,结果表明:在25℃时,不同金属离子平衡吸附容量由高到低依次为铝(Al)、铅(pb)、铬(Cr)、铜(Cu)、铁(Fe)、砷(As)、汞(Hg);吸附速度由高到低依次为铬(Cr)、铁(Fe)、铅(pb)、铝(Al)、铜(Cu)、汞(Hg)、砷(As)。吸附过程中同时存在物理吸附和化学吸附,但相较于准一级动力学,准二级动力学的拟合度更好,此结果表明,化学吸附为吸附不同金属离子溶液的主要限速因素;在25℃时,不同金属离子的吸附能力、吸附强度以及最大吸附量由高到低依次为铝(Al)、铅(pb)、铬(Cr)、铜(Cu)、铁(Fe)、砷(As)、汞(Hg);不同金属离子的最大吸附量qm值随着温度的升高而增大,表明饱和吸附量会随温度的升高而增加,而降温有利于甲壳素对金属离子的解析附。上述研究结果表明:甲壳素对铝(Al)、铅(pb)、铬(Cr)、铜(Cu)、铁(Fe)、砷(As)、汞(Hg)的吸附存在物理吸附和化学吸附,其中,化学吸附是控制吸附速率的主要原因,在一定的p H条件下,对多数金属离子的吸附效率可达到70%以上,对不同金属离子吸附等温线满足吸附等温线(Freundlich和Langmuir)方程,相关系数均达到0.999。甲壳素是一种具有广泛应用前景的重金属污水处理剂。
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