羥基-水體系衍生化法制備重金屬離子吸附劑

羥基-水體系衍生化法制備重金屬離子吸附劑

隨著近幾十年的工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展，廢水污染日益嚴(yán)重，環(huán)境受到嚴(yán)重破壞。廢水中各種有害的物質(zhì)經(jīng)過水體富集到生物鏈中,最終進(jìn)入人體,給人類帶來嚴(yán)重的毒害影響。其中含有的重金屬離子是對(duì)環(huán)境污染最嚴(yán)重和對(duì)人類健康危害最大的有害物質(zhì)之一,因此,如何治理重金屬廢水已經(jīng)受到各界的普遍重視。目前,用于去除污水中重金屬離子的有效分離工藝有:沉淀、離子交換、電化學(xué)處理、膜技術(shù)、蒸發(fā)凝固、反滲透和電滲析等,但這些技術(shù)的應(yīng)用有時(shí)受工藝和經(jīng)濟(jì)的限制,所以,尋找一種較為廉價(jià)的污水凈化材料,降低污水處理的成本,提高凈化效率已成為環(huán)境保護(hù)中亟待解決的問題。近幾年來,人們開始研究用改性纖維素吸附劑吸附、分離和提取廢水中的重金屬離子,與一般的重金屬處理方法相比,該方法具有吸附量大、吸附速度快、成本低、操作簡(jiǎn)單、不產(chǎn)生二次污染等優(yōu)點(diǎn)。因此,對(duì)其的研究便成了該領(lǐng)域的熱點(diǎn)。1高分子有機(jī)化合物改性纖維素吸附劑就是利用物理、化學(xué)方法對(duì)富含纖維素的物質(zhì)進(jìn)行處理,使其成為具有良好吸附性的一類功能高分子材料。纖維素是地球上最豐富的天然高分子物質(zhì),其來源廣泛,如棉花、麻、大豆殼、木屑、鋸屑、谷殼、稻殼、秸稈、橘子皮、咖啡渣、茶渣、樹皮、草等等,其主要成分就是纖維素,這些物質(zhì)在我國(guó)大部分未得到利用而被廢棄,既造成了極大的浪費(fèi),又污染了環(huán)境。如果將這些資源加以利用的話,就可以變廢為寶,提高了該物質(zhì)本身的經(jīng)濟(jì)效益,同時(shí),對(duì)保護(hù)環(huán)境和資源的再利用大有裨益。1.1玉米芯的制備以玉米芯為原料為例:步驟一:將玉米桿用清水浸泡后清洗除去泥土和灰塵,再用蒸餾水洗滌,烘干至恒重。將處理好的橘子皮用粉碎機(jī)粉碎,過100目篩,儲(chǔ)備。步驟二:用20%的異丙醇對(duì)粉碎的玉米芯進(jìn)行浸泡,攪拌24小時(shí),抽濾,用20%的異丙醇和水清洗至無色,抽濾后,將樣品置于干燥箱中,在55℃烘干24小時(shí)。之后加入0.1mol/l的NaOH溶液,攪拌一個(gè)小時(shí),室溫下抽濾后,再加入蒸餾水?dāng)嚢?5分鐘,在室溫下水洗多次至PH值=7,抽濾后,將樣品放入55℃干燥箱中烘干24小時(shí),備用。步驟三:將備用的玉米芯浸入一定濃度的檸檬酸溶液中,在25℃下攪拌2小時(shí),抽濾,在室溫下水洗多次至PH=7,抽濾后,在55℃烘干箱中烘干24小時(shí)。即得異丙醇-NaOH-(不同濃度)檸檬酸處理的的改性纖維素吸附劑。1.2改性纖維素吸附劑不論選用何種原料,步驟一、步驟二操作基本相同,步驟二要注意選擇合適的有機(jī)試劑。通常選擇異丙醇等來除去顆粒中的色素、某些極性物質(zhì)等,然后經(jīng)過堿皂化,進(jìn)一步除去色素、半纖維等。第三步是制備的關(guān)鍵步驟:通常采取酸堿處理、無機(jī)鹽活化、包埋離子液體、接枝共聚、酯化、醚化等方法,其主要目的就是使吸附劑表面去質(zhì)子化,活化吸附位點(diǎn),改善吸附性能。如以棉花為原料,以Ce4+鹽為引發(fā)劑,將丙烯晴接枝到交聯(lián)后的球形纖維素骨架上,獲得球形羧基纖維素吸附劑,而且對(duì)Cr3+、Al3+、Cu2+、Zn2+吸附容量達(dá)到2811、1416、4912和3713mg/l。改性后的纖維素的吸附量比未修飾前提高了很多。其主要目的就是使吸附劑表面去質(zhì)子化,活化吸附位點(diǎn),改善吸附性能。再如以桔皮為原料,粉碎后過100目篩,經(jīng)異丙醇、氫氧化鈉處理烘干后,取其5g溶于0.6mol/l的草酸溶液35ml中,浸泡、攪拌2小時(shí),得纖維素漿置于恒溫箱中,在50℃下烘干一夜后,水洗至中性,抽濾后,繼續(xù)在50℃干燥箱中烘干,即獲得桔皮纖維素吸附劑。在PH值等于6時(shí),其對(duì)Cd2+的最大吸附量是1.13mol/l,對(duì)Cd2+吸附率可以達(dá)到93.72%。2改性纖維吸附劑對(duì)重金屬離子的吸收2.1羥基改性纖維素由于纖維素是一種纖維狀、多毛細(xì)管的立體規(guī)整性高分子聚合物,具有多孔和比表面積大的特性,且分子內(nèi)含有許多親水性的羥基基團(tuán),因此具有一定的吸附性。但天然纖維的吸附金屬離子的能力并不強(qiáng),必須通過化學(xué)改性使其具有更多或更強(qiáng)的親水基團(tuán),才能成為性能良好的吸附材料。纖維素中每個(gè)葡萄糖基上有三個(gè)可供反應(yīng)的羥基,因此,它可以發(fā)生一系列與羥基有關(guān)的化學(xué)反應(yīng)。通過對(duì)羥基改性反應(yīng)在其分子中引入對(duì)陽離子具有吸附能力的羧基、磺酸基、磷酸基等陰離子基團(tuán),可制備陽離子吸附劑;另外,羥基通過交聯(lián)處理或接枝化后,經(jīng)胺化后可制成陰離子型吸附劑。羥基經(jīng)過雙功能基處理后,可制成兩性離子吸附劑,可同時(shí)吸附陰性和陽性兩種離子。如崔志敏等以甘蔗渣纖維素為原料,堿化處理后,與3-氯-2-羥丙基三甲基氯化銨、甲基丙烯酸反應(yīng),得到兩性纖維素。改性后的產(chǎn)品對(duì)Pb2+、Zn2+、Cu2+、Cr2O72-的交換吸附能力比活性炭平均提高了74倍,且產(chǎn)品再生容易,性能穩(wěn)定。此外,纖維素也可以和螯合劑作用使其枝連上螯合基團(tuán),形成對(duì)貴重金屬元素具有較強(qiáng)選擇性的螯合纖維。綜上各種情況,改性后的纖維素吸附機(jī)理主要有:表面絡(luò)合、離子交換、氧化還原、物理吸附等。這些機(jī)理可以單獨(dú)起作用,也可以與其它機(jī)理結(jié)合起來起作用,這取決于吸附過程的條件和環(huán)境。2.2ph值和溫度對(duì)金屬離子吸附量的影響改性纖維素對(duì)重金屬離子的吸附性能不僅與其本身的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)有關(guān),還與吸附過程的條件和環(huán)境等因素有關(guān)。生物吸附劑的預(yù)處理。生物吸附劑預(yù)處理的主要方法有酸、堿處理、熱處理、碎裂、無機(jī)鹽活化等,其主要目的是使吸附劑表面去質(zhì)子化、活化吸附位點(diǎn),改善吸附性能。實(shí)驗(yàn)研究證明,不經(jīng)過NaOH溶液處理,直接用檸檬酸處理的玉米芯反而表現(xiàn)出低吸附性,這說明NaOH處理是非常重要的一步。溶液的PH值。當(dāng)溶液的PH值較低時(shí),一方面H+將與目標(biāo)離子發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附,另一方面,吸附劑處于陽離子氛圍中,使可參與吸附的活性吸附位點(diǎn)減少,從而使金屬離子的吸附容量減少;PH值高于一定值時(shí),一方面金屬離子將與OH-生成沉淀,另一方面金屬離子將處于被負(fù)離子包圍的氛圍中,不利于和吸附劑進(jìn)行反應(yīng),因而存在最佳吸附PH值。溫度影響。溫度對(duì)吸附過程有很重要的影響。隨著溶液溫度增加,溶液粘度降低,從而增加了溶質(zhì)的分散速率。此外,溫度的變化也可以改變吸附劑的平衡吸附量。不同的吸附劑、不同的吸附作用機(jī)制,溫度對(duì)金屬離子吸附量的影響有所不同。有研究表明,在不同溫度下對(duì)Hg2+進(jìn)行吸附試驗(yàn),結(jié)果吸附去除率隨溫度的升高而增加。但在實(shí)際的廢水處理中,由于升溫會(huì)帶來投資和運(yùn)作等一些問題,因而通常不考慮此因素。此外,還有吸附劑粒徑,吸附時(shí)間,金屬離子初始濃度等的影響。以