壳聚糖/TiO_2复合吸附剂的制备及吸附特性研究

【摘要】作为一种新型的生物吸附剂,壳聚糖因其对重金属离子较强的吸附性能和选择性能,已被制成不同形式的吸附剂用于实际废水的处理。由于壳聚糖降解水体中有机物的性能较差,造成其应用受到很大限制。采用二氧化钛降解水中有机污染物是一项新兴的水处理技术。在本文中,作者采用分子印迹技术,将壳聚糖与二氧化钛交联后滴加成球,制备了既可以选择吸附重金属离子,又可以降解有机物的复合吸附树脂。这给工业以及生活污水的处理开拓了新的思路。1壳聚糖二氧化钛吸附剂的制备本文选择壳聚糖和二氧化钛作为主要原料,采用分子印迹技术,制备了粒径均匀、形状规则的圆球状树脂。通过制备条件的优化,对其制备工艺进行了初步探讨：壳聚糖与二氧化钛用量的适宜比例为5：2(w/w)；选择环氧氯丙烷作为交联剂,适宜用量为0.2ml/g壳聚糖；采用0.02MNaOH溶液作为固化液,固化时间为8-10h；最佳印迹Ni2+离子用量为8mgNi2+/g壳聚糖。2壳聚糖二氧化钛吸附剂的吸附特性研究酸性条件下(pH=4-5)会促进复合树脂对甲基橙的降解,碱性条件下(pH=8-10)会抑制复合树脂对甲基橙的降解。树脂对镍离子的吸附容量随Ni2+浓度升高而增加,对甲基橙的降解效果受Ni2+浓度变化的影响不大。批次实验在重复进行10批后,复合吸附树脂对Ni的吸附容量可达第一批的85%,对甲基橙的降解率可达90%以上。3壳聚糖二氧化钛吸附剂同时处理含铜离子与甲基橙的混合体系通过实验研究发现,在铜离子浓度较低时,甲基橙的去除率较高,可以达到90%左右。而如果铜离子浓度较高,则甲基橙的浓度在反应初始,有一个很快降低的过程,而后再升高,随后在逐渐降低。这表明甲基橙与铜离子之间存在竞争吸附。4壳聚糖二氧化钛吸附剂同时处理含银离子与甲基橙的混合体系随着甲基橙浓度的增加,树脂对Ag离子的吸附有所下降,但影响不大。在银离子浓度较低时,树脂可以有效去除甲基橙。随着银离子浓度的增加,反应体系的颜色由黄色变成了灰黑色,原因是形成了直径在50-100nm左右的含银的纳米颗粒。通过XPS分析,这是一种含银的纳米颗粒。5预负载金属离子树脂对甲基橙去除的影响预先吸附了银离子,吸附后的树脂对甲基橙的降解速度和降解率都有了明显的提高。反应时间不超过2个小时,甲基橙的降解率就已经达到90%以上,接近等量的TiO2的降解效果。随着树脂对Ni负载量的增加,吸附重金属离子后的树脂对甲基橙的降解速度和降解效果也随之增加。树脂预负载Fe3+和Pb2+同样对树脂的降解效果有促进作用。在铜离子负载量为6.68mg/g时,铜元素的结合能在937.55eV处。这表明出现了一价铜离子。而在铜负载量较大时,铜元素的结合能940.85eV,这表明此时铜离子是以二价铜形式存在的。树脂表面上的银出现了两个结合能的峰,一个位于379.45eV,表明Ag+有的电子的倾向；另外在373.2eV附近又出现一个新的峰,可以推断这个峰是Ag0。由于Ago是优秀的电子受体,它可以明显降低电子空穴对的复合,所以可以明显地促进催化降解反应。通过分析负载不同金属离子树脂中Ti元素的结合能,发现当负载Cu时,树脂中Ti的结合能有所降低,为173.3eV。结合能的降低意味着Ti元素有得电子的趋势,也就是说Ti得电子的能力增强了,从而导致光催化反应必要的电子对很快复合,从而影响了树脂的光催化能力。当负载银时,树脂中Ti的结合能升到了174.05eV。当负载Ni时,树脂中Ti的结合能升到了174.1eV。结合能升高意味着失电子的趋势增强,这样光生电子对产生的几率就有所增加,从而可以提高催化效果。Ag、Ni等离子的负载对苋菜红、落日黄等有机物的降解依然有明显的促进作用。
【作者】李强；
【导师】谭天伟；
【作者基本信息】北京化工大学，生物化工，2007，博士
【关键词】分子印迹；壳聚糖；二氧化钛；吸附；降解；重金属离子；

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