有机-无机杂化壳聚糖基膜的制备及对水溶液中钯吸附性能的研究

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钯(Palladium,Pd)具有良好的抗酸碱腐蚀性、优异的催化性能、稳定的导电性及灵敏的感光性等性质,被广泛用于珠宝首饰、化工催化、航空航天、冶金工业、汽车尾气催化领域。此外,随着钯的广泛应用,它在生态环境中的积累量越来越多,所带来的生物毒性和生态环境危害性日益受到重视。所以,无论从二次资源中回收钯还是去除环境中钯污染的角度,分离纯化钯已经成为了研究的热点。吸附法因具有有机溶剂消耗少、操作简单、选择性高等优势被广泛应用于分离富集钯。  目前,膜吸附因为其分离速率快、能耗少等优点引了很多学者进行研究。本文尝试将膜吸附应用于对贵金属钯的回收富集中。壳聚糖膜具有良好的吸附性、抗菌性、生物相容性和生物降解性,被广泛应用于各个领域。但其酸溶性及物理性能不佳限制了其在吸附材料的应用。因此,本实验选用生物吸附剂壳聚糖为基质,利用无机材料钠基蒙脱石和埃洛石纳米管进行填充改性,制备出良好物理性能和吸附性能的钯吸附膜。  首先,采用壳聚糖(CTS)与钠基蒙脱石(Na-MMT)进行共混,利用戊二醛进行交联,制备出交联壳聚糖-钠基蒙脱石共混膜(CCTS-M)。利用红外光谱(FT-IR)、热重(TG)、X-射线粉末衍射(XRD)与扫描电镜(SEM)等技术对CCTS-M经行表征,并进一步研究其对Pd(Ⅱ)的静态吸附性能。研究表明,CTS成功插层进入Na-MMT层间,增加了两者相容性,提升了CCTS-M膜的物理性能;吸附试验中在pH为2时,CCTS-M对Pd(Ⅱ)的吸附量为193mg/g,Langmuir等温吸附方程能够较好的描述吸附过程,吸附动力学符合拟二级速率方程,吸附过程为吸热反应,温度越高,吸附量越大。  其次,采用CTS与氨基改性埃洛石纳米管(HNTs-NH2)进行共混,利用戊二醛进行交联,制备出交联壳聚糖-氨基改性埃洛石纳米管共混膜(CCTS-HNTs-NH2)。利用FT-IR、BET、SEM、透视电镜(TEM)和XRD等技术进行表征,深入探讨CCTS-HNTs-NH2对Pd(Ⅱ)的静态、动态吸附及吸附选择性,并利用X-射线光电子能谱(XPS)对吸附机理进行分析。研究结果表明,CCTS-HNTs-NH2对Pd(Ⅱ)具有非常好的吸附性能,在pH为3时,吸附量达到200mg/g。Langmuir等温吸附方程能够较好的描述吸附过程,吸附动力学符合拟二级速率方程,膜吸附过程表明CCTS-HNTs-NH2对Pd(Ⅱ)有较好的动态吸附能力。机理研究表明,含氮基团-NH2和C=N-参与了吸附反应。综上所述,CCTS-HNTs-NH2在Pd(Ⅱ)回收中具有较好的应用前景。
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