新型生物吸附劑對水中重金屬離子的吸附性能研究.pdf

1、重金屬是水體中的重要污染物之一,對生物體具有嚴(yán)重危害。近年來,生物吸附劑因其處理成本低、能耗小、環(huán)境友好等優(yōu)點而備受關(guān)注。本文研究了新型改性生物吸附劑聚乙烯亞胺修飾的蛋殼膜(PEI-ESM)和天然生物吸附劑大蒜皮對水中重金屬離子的吸附性能,考察了pH、溫度等因素的影響,進行了動力學(xué)和熱力學(xué)擬合,并探討了相關(guān)的吸附機理等。
　　 首先我們首次以蛋殼膜(ESM)為載體,以戊二醛為交聯(lián)劑,通過氨基和醛基的交聯(lián)反應(yīng),成功合成出聚乙烯亞胺

2、(PEI)修飾的ESM。元素分析結(jié)果顯示PEI修飾之后ESM的含氮量較之前有所增加,且通過掃描電鏡圖發(fā)現(xiàn)PEI濃度不同時所合成出的PEI-ESM的表面結(jié)構(gòu)也有所差異。此外,所合成的復(fù)合材料對水中六價鉻Cr(Ⅵ)具有很強的吸附作用。在吸附過程中,吸附劑的孔結(jié)構(gòu)和氨基官能團數(shù)量都很重要,PEI修飾之后,ESM表面的氨基數(shù)量有所增加,但PEI濃度過大時,又會堵塞吸附劑表面孔道破壞孔結(jié)構(gòu)。因此實驗發(fā)現(xiàn),當(dāng)PEI濃度為20g·L-1時所合成出的材

3、料(PEI-ESM-20)吸附效果最佳(優(yōu)于PEI-ESM-10、PEI-ESM-30和PEI-ESM-40)。對PEI-ESM-20而言,在初始pH為3、溫度為35℃時吸附效果最佳,且相比于修飾前的ESM,動力學(xué)平衡吸附量增加了105%,理論最大吸附量qmax可達160mg·g-1。PEI-ESM對Cr(Ⅵ)的吸附過程符合Langmuir吸附等溫式和準(zhǔn)二級動力學(xué)。通過對吸附Cr(Ⅵ)前后的吸附劑進行拉曼光譜分析、X射線光電子光譜分析,

4、發(fā)現(xiàn)有一部分Cr(Ⅵ)被還原成Cr(Ⅲ),以三Cr2O3或Cr(OH)3的形式存在于吸附劑表面,實現(xiàn)了Cr(Ⅵ)的還原解毒。
　　 基于金屬陽離子與氨基之間的螯合特性,我們將PEI-ESM應(yīng)用于水溶液中Cu2+離子的吸附實驗。發(fā)現(xiàn)PEI-ESM對Cu2+的吸附量隨著吸附劑合成過程中所使用的PEI濃度的增加而增大,可見強烈的螯合作用在吸附過程中占主導(dǎo)位置,氨基至關(guān)重要。溶液的初始pH和溫度都影響著吸附過程,其中初始pH為5.5、反

5、應(yīng)溫度為45℃時能得到最優(yōu)的吸附效果。通過等溫線和動力學(xué)實驗,發(fā)現(xiàn)整個吸附過程符合Langmuir吸附等溫式和準(zhǔn)二級動力學(xué),理論最大吸附量qmax為17.06mg·g-1。在同等條件下,PEI-ESM對Cu2+的摩爾吸附量大于多數(shù)金屬離子,且水中常見的二價金屬離子如Ca2+、Mg2+等,不影響PEI-ESM對銅離子的吸附效果。在解吸和重復(fù)使用的實驗中,用0.5mol·L-1的鹽酸作為洗脫劑,對Cu2+的洗脫率保持在90%以上。
　

6、　 在此之后,又研究了天然生物吸附劑大蒜皮對水中Cu2+離子的吸附性能。通過掃描電鏡圖發(fā)現(xiàn)大蒜皮表面粗糙,褶皺很多,有利于吸附的發(fā)生。通過紅外光譜表征發(fā)現(xiàn),大蒜皮表面含有多種官能團,如羧基、氨基、羥基等。通過氮氣吸附解吸附實驗,發(fā)現(xiàn)大蒜皮的比表面為44.36m2·g-1。吸附實驗結(jié)果顯示,整個吸附過程對pH的要求不大,在初始pH2到7的范圍內(nèi),大蒜皮對二價銅的吸附量基本沒有大的波動。吸附量隨著反應(yīng)溫度的升高而增大,35℃時吸附效果最佳