木质纤维素基水凝胶对Pb2+和Cd2+吸附性能的研究

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以木质纤维素、丙烯酸和蒙脱土为主要原料,采用插层复合法制备木质纤维素-g-丙烯酸/蒙脱土水凝胶(LNC-g-AA/MMT),用其吸附Pb2+和Cd2+。吸附实验:研究金属离子初始浓度、溶液的pH值、吸附时间和吸附温度对水凝胶吸附量的影响,确定最佳吸附条件,并进行吸附等温线和吸附动力学的研究。脱附实验:研究HN03溶液浓度、脱附时间和脱附温度对水凝胶脱附量的影响,确定最佳脱附条件,研究其吸附可再生性。采用扫描电镜(SEM)、X-射线衍射(XRD)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和孔隙比表面积分析仪对水凝胶结构进行表征,分析其结构和表面性质的变化。研究结果如下:1、表征结果显示:木质纤维素-g-丙烯酸(LNC-g-AA)共聚物通过破坏蒙脱土的晶体结构插层进入到蒙脱土层间,形成插层-剥离型复合材料;同时水凝胶的表面疏松多孔。LNC-g-AA/MMT吸附重金属前后的FT-IR表明,-OH、-COOH等均参与发应。吸附过程主要为配位络合吸附,离子交换吸附次之,物理吸附占有率最小。2、单一金属离子吸附实验研究了Pb2+、Cd2+金属离子溶液初始浓度、溶液pH值、吸附时间及吸附温度对LNC-g-AA/MMT吸附性能的影响。研究结果表明:当Pb2+溶液初始浓度为0.04mol/L,溶液pH值为5.5,吸附时间120min,吸附温度为30℃时,LNC-g-AA/MMT对Pb2+的吸附量最大,高达918.2mg/g;当Cd2+的溶液初始浓度为0.05mol/L,溶液pH值为5.5,吸附时间60min,吸附温度为30℃时,LNC-g-AA/MMT对Cd2+的吸附量最大,为482.5mg/g。LNC-g-AA/MMT对Pb2+、Cd2+的吸附过程均符合Langmuir等温线模型和伪二级动力学模型。3、脱附实验研究了HN03溶液浓度、脱附时间及脱附温度对LNC-g-AA/MMT脱附性能的影响。研究结果表明:当HN03溶液浓度为0.06mol/L,脱附时间为60min,脱附温度为30℃时,LNC-g-AA/MMT对Pb2+的脱附量高达821.9mg/g,脱附率为90%;当HN03溶液初始浓度为0.04mol/L,脱附时间为60mmin,脱附温度为30℃时,LNC-g-AA/MMT对Cd2+的脱附量高达448.2mg/g,脱附率为92.9%。循环脱附实验表明:LNC-g-AA/MMT循环脱附3次后脱附率仍可达73%以上。4、混合离子吸附实验研究了Pb2+、Cd2+混合离子浓度和吸附时间对LNC-g-AA/MMT吸附Pb2+、Cd2+的影响。研究结果表明:(1)当Pb2+、Cd2+离子溶液初始浓度相同时:Pb2+溶液初始浓度为0.04mol/L,吸附时间为120min时,LNC-g-AA/MMT对Pb2+的吸附量为764.1mg/g,较单一离子吸附时下降了16.8%;Cd2+溶液初始浓度为0.05mol/L,吸附时间为120min时,LNC-g-AA/MMT对Cd2+的吸附量为207.0mg/g,较单一离子吸附时下降了57.1%。(2)当Pb2+、Cd2+离子溶液初始浓度不同时:混合溶液中Pb2+的初始浓度为0.04mol/L、Cd2+的初始浓度大于0.01mol/L,吸附时间为120min时,LNC-g-AA/MMT对Pb2+的吸附量均小于吸附单一Pb2+离子;Cd2+溶液初始浓度为0.05mol/L,吸附时间为120min时,只要加入Pb2+,就会降低LNC-g-AA/MMT对Cd2+的吸附且较单一离子吸附时下降速度较快、下降率较大。(3)当混合溶液中Pb2+、Cd2+离子溶液初始浓度分别为0.04mol/L、0.05mol/L时,LNC-g-AA/MMT对Pb2+、Cd2+均在120min时达到平衡吸附。较单一离子吸附时,混合离子对Pb2+的平衡吸附时间没有什么影响;而Cd2+的平衡吸附时间延缓了60min。
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