功能化生物材料去除铜（Ⅱ）和铬（Ⅵ）的研究

【摘要】随着工业水平的快速发展和城市现代化进程的加快,越来越多的行业产生大量的含重金属废水,严重威胁人类健康和生态环境,因此,对水中重金属污染物的去除研究具有重要的意义。生物材料因其来源广泛、价格低廉、环境友好、不产生二次污染等特点,在重金属去除领域备受关注。本文中,我们对生物材料壳聚糖和柚子皮进行了功能化修饰,并研究了它们对溶液中Cr(Ⅵ)口Cu(Ⅱ)的去除效果,优化了去除的最优条件,并对相关去除机理进行了探讨。主要内容如下(1)我们以廉价的壳聚糖为原料,引入Fe3+和Fe304纳米粒子,合成了磁性的壳聚糖-Fe水凝胶(MCh-Fe)并利用SEM、FT-IR、XRD、TGA、VSM、XPS等分析手段对其结构和性质进行了详细表征。将其应用于对水中Cr(Ⅵ)的去除研究后发现,MCh-Fe在pH为3到5的范围内都可以实现对Cr(Ⅵ)的快速高效去除,平衡时间在30min之内。吸附了Cr(Ⅵ)后的MCh-Fe可以用NaOH溶液进行洗脱,用稀HCl再生,且利用材料的磁性可以实现快速分离。MCh-Fe对Cr(Ⅵ)的吸附符合Langmuir等温式和准二级动力学,是吸热熵增的自发过程,最大吸附量达到169.49mg/g。我们还提出了MCh-Fe去除Cr(Ⅵ)的机理,即以离子交换为主,静电吸引为辅的过程,并伴随少量Cr(Ⅵ)的还原。它的快速、高效、可再生性等优势使其将在环境应用方面有巨大的潜力。(2)我们以柚子皮为载体,将PEI负载在柚子皮上,成功合成了富含氨基的PEI-柚子皮(PEI-GP),并通过SEM、FT-IR等手段对其进行了表征。相较于表面带负电的天然柚子皮,负载了PEI的柚子皮表面带正电,可以通过静电作用吸附去除溶液中带负电的Cr(Ⅵ)离子。实验结果表明,PEI-GP对Cr(Ⅵ)具有超强的吸附能力,吸附量达到了192.31mg/g,是未修饰的天然柚子皮的10倍。吸附过程符合Langmuir等温式和准二级动力学,是吸热熵增的自发过程。通过研究吸附前后的XPS谱图发现,PEI-GP不仅可以吸附Cr(Ⅵ),且氨基可以提供电子,将Cr(Ⅵ)还原为毒性较低的Cr(Ⅲ),实现对Cr(Ⅵ)的解毒。这些结果表明,PEI-GP可以作为水中Cr(Ⅵ)去除的一种高效、绿色吸附剂。(3)基于氨基与金属阳离子之间卓越的螯合性能,我们将合成得到的PEI-GP用于吸附溶液当中的Cu(Ⅱ)。研究发现修饰后的PEI-GP对Cu(Ⅱ)具有超高的吸附容量,吸附量达到了149.25mg/g,是未修饰的天然柚子皮的12倍。吸附在常温下即可高效进行,在pH为5-5.5的条件下效果最好,腐植酸和水体中常见的金属阳离子对吸附的干扰都比较轻微。吸附过程符合Langmuir等温式和准二级动力学,通过固定床穿透实验证明PEI-GP可以用于实际水样中Cu(Ⅱ)的去除。
【作者】于子涵；
【导师】黄玉明；
【作者基本信息】西南大学，分析化学，2014，硕士
【关键词】生物材料；壳聚糖；柚子皮；重金属；吸附；

【参考文献】
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