柚皮纤维素的制备、琥珀酸酐改性及其对重金属离子的吸附性能研究

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随着经济的快速发展,废水的大量排放,土壤和水源中重金属积累的加剧,重金属的污染也日益严重。由于重金属易通过食物链而生物富集,构成对生物和人体健康的严重威胁。因此,如何有效地治理重金属污染已成为人类共同关注的问题。本文以柚皮为原料,采用化学分离方法、通过单因素试验和正交试验对其中纤维素的提取工艺进行了研究。通过柚皮纤维素与琥珀酸酐反应,制备了改性柚皮纤维素(Cell 5和Cell 6),并通过现代仪器分析手段对其进行结构表征。同时从温度影响、溶液pH影响、吸附动力学、等温吸附试验以及解析试验等方面研究了改性柚皮纤维素对重金属Cu2+和Pb2+吸附性能。其主要结果如下:1、通过单因素实验,研究了提取过程中氢氧化钠浓度、过氧化氢浓度、脱色温度和脱色时间等工艺参数,在此基础上进行正交实验,通过极差分析确定了最佳的工艺条件,即氢氧化钠浓度为6%、过氧化氢浓度为10%、脱色时间30min和脱色温度为30℃时,柚皮纤维素纯度最佳,为67.7%,产品为乳白色粉末,带有略微柚香。2、在一定条件下,以吡啶为催化剂,柚皮纤维素与琥珀酸酐反应制得改性产物。用傅里叶变换红外光谱仪、X-射线衍射仪、扫描电子显微镜等分析手段,对其进行结构表征。结果表明改性后的柚皮纤维素分子引入了羧基和羟基官能团。3、研究了改性柚皮纤维素吸附重金属离子的影响因素pH和温度。结果表明,当溶液pH范围在4.5-5.5、吸附温度为25-30℃时、吸附体系为20mL、吸附剂质量为0.02g以及起始浓度为200ppm时吸附效率相对较高。4、研究了改性柚皮纤维素Cell 5和Cell 6对Cu2+和Pb2+吸附动力学和等温吸附试验。结果表明,改性柚皮纤维素Cell 5和Cell 6对Cu2+和Pb2+的吸附是一个快速、稳定的过程,吸附约为1h就达到了吸附平衡,吸附符合动力学二级反应。吸附等温线都非常符合Langmuir等温吸附方程(R2=0.96-0.99),Cell 5和Cell 6对Cu2+的最大吸附容量分别达到86.2 1mg/g和100.00mg/g。Cell 5和Cell 6对Pb2+的最大吸附量分别达到142.86mg/g和181.82mg/g。对经过NaOH溶液处理的Cell 6对Cu2+和Pb2+的的吸附效果明显高于没有经过NaOH溶液处理的Cell 5。5、在解吸附试验中,用浓度为1mol/L的HCl溶液对吸附了一定浓度的Cu2+和Pb2+的Cell 6进行解析实验,结果对Cu2+解析率达到90.8%,对Pb2+的解析率达到84.1%。6、改性柚皮纤维素吸附Cu2+和Pb2+的吸附机理一部分可能是离子交换或者是络合作用,一部分有可能是物理吸附作用。
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