改性果胶的制备及其对水溶液中汞离子的去除研究

【摘要】随着现代工业的快速发展,我国的水环境污染也越来越严重,特别是水中重金属汞含量的逐渐升高,对生态环境和生物安全造成了严重的危害,因此引起了人们对于水体汞污染的广泛关注。寻找经济高效的水处理剂已成为环境科学与工程领域关注的焦点之一,并且水处理剂的绿色化成为了现在和今后该领域的发展方向。本论文选用马铃薯淀粉生产过程中所产生的马铃薯废渣为原料,采用酸提取法对马铃薯废渣中的果胶进行提取,并探讨了最佳提取工艺条件；同时选取了两种改性方法对所提取的果胶进行改性,研究了改性产物对汞离子的去除性能以及作用机理,为实际重金属废水的处理提供可靠的理论依据。主要研究内容和结果如下：(1)以马铃薯废渣为原料来提取果胶,通过实验研究得到了最佳工艺条件：提取酸液pH为2,提取温度为90℃,料液比为1：15,提取时间为1h,果胶的产率为17.9%,且满足国标QB2484-2000的标准。通过傅里叶红外光谱表征结果可知,所提取的果胶的谱图与标准果胶的谱图一致,因此可证明得到的产品为果胶。用气相色谱法测定了果胶的酯化度,所测果胶酯化度为60%,则所提取的果胶属于高酯果胶。(2)利用水合肼对原果胶进行了化学改性,通过元素分析、傅里叶红外光谱进行了表征,结果显示原果胶被成功改性。同时利用水合肼改性果胶研究了其对汞离子的去除效果。通过研究pH、温度、时间对去除率的影响,得到了最佳的去除条件：在汞离子溶液初始浓度为1mmol/L,水合肼改性果胶为0.3g/L,溶液pH为3,反应温度为25℃,反应时间为30min条件下,水合肼改性果胶对汞离子的去除率为70%,比原果胶对汞离子的去除率提高了40%多。并对水合肼改性果胶与汞离子的作用机理进行了探讨。通过XRD、Zeta电位和XPS分析,推测水合肼改性果胶与汞离子的作用机理是汞离子与N、O之间形成了配位键,生成了螯合物,并以沉淀的形式从溶液体系里分离出来,达到了去除水溶液中汞离子的目的。(3)通过先皂化后交联的改性方法得到了皂化交联改性果胶,采用傅里叶红外光谱和电感耦合等离子体光谱仪两种方法对改性产物进行表征,结果表明原果胶被成功改性。利用皂化交联改性果胶对水溶液中汞离子进行了静态吸附研究。采用平衡吸附法研究了改性果胶的投加量、溶液pH、吸附反应时间、温度四个因素对皂化交联改性果胶吸附水溶液中汞离子效果的影响,得到最佳吸附条件：溶液pH为3,吸附剂投加量为1g/L,吸附温度为25℃,吸附时间为90min,去除率为50%以上,比原果胶的去除率增大了20%,并且通过0.01mol/LEDTA进行解吸,解吸率达95.94%。解吸后经0.2mol/L氯化钙溶液淋洗再生,经过三次循环使用其吸附能力下降很少。Langmuir等温模式能更好地描述改性果胶对汞离子的等温吸附效果,且Hg2+的饱和吸附量为1.031mmol/g.皂化交联改性果胶对汞离子的吸附过程符合伪二级动力学方程,其相关系数R2=0.9992。说明吸附过程主要控制步骤为化学吸附。通过红外光谱和电感耦合等离子体光谱的分析,可推测其作用机理主要为离子交换,同时也存在表面吸附。
【作者】郭晶晶；
【导师】张继义；
【作者基本信息】兰州理工大学，环境工程，2014，硕士
【关键词】马铃薯渣；天然高分子吸附剂；果胶；提取；改性；重金属；吸附；动力学；

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