海藻酸鈉基復(fù)合吸附材料的制備及對(duì)重金屬離子的吸附研究.pdf

1、隨著人口的持續(xù)增長(zhǎng)，現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的加速發(fā)展，如何有效地處理重金屬?gòu)U水已成為水處理領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。吸附法同傳統(tǒng)的重金屬處理技術(shù)比，主要有以下特點(diǎn):吸附劑原料價(jià)廉易得;易于分離回收重金屬;節(jié)能、高效;可選擇性地去除低濃度的重金屬離子。
　　本文以海藻酸鈉(SA)為原料，采用共混交聯(lián)的方法，以CaCl2為交聯(lián)劑，分別向海藻酸鈉中加入生物聚合物——羧甲基纖維素鈉(CMC)、聚乙二醇(PEG)和離子液體（ILS），制備海藻酸鈉基高分子凝膠球:S

2、A-CMC凝膠球、SA-PEG凝膠球和SA-ILS凝膠球。通過單因素試驗(yàn)研究了三種凝膠球吸附劑對(duì)模擬廢水中重金屬Pb2+和Cu2+的去除效果，探討了溶液pH、金屬離子初始濃度、反應(yīng)溫度、吸附劑量和時(shí)間對(duì)金屬離子吸附的影響，并利用Langmuir、Freudlich和Dubinin-Radushkevich(D-R)吸附等溫模型，Lagergen準(zhǔn)一級(jí)、準(zhǔn)二級(jí)和粒子內(nèi)擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)模型，以及吸附熱力學(xué)模型對(duì)凝膠球吸附Pb2+和Cu2+進(jìn)行了研

3、究分析;同時(shí)也研究了凝膠球的解吸再生，對(duì)凝膠球的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，探索了凝膠球的吸附機(jī)制。
　　對(duì)SA-CMC凝膠球，通過靜態(tài)吸附試驗(yàn)和比表面積及孔徑分析，研究發(fā)現(xiàn)制備SA-CMC凝膠球的質(zhì)量最佳配比為1∶1，對(duì)Pb2+的最佳吸附條件為:溶液pH值為4.0～5.0，金屬離子初始濃度為5mg·L-1，溫度為35±2℃，吸附劑凝膠球的加入量為0.8g，振蕩時(shí)間為18h。在等溫學(xué)方面，吸附Pb2+的平衡數(shù)據(jù)最符合Langmuir等溫吸附模

4、型，表明Pb2+在SA-CMC凝膠球上的吸附是單分子層的。在動(dòng)力學(xué)方面，則吸附數(shù)據(jù)更符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，說明吸附以化學(xué)吸附為主。
　　對(duì)SA-PEG凝膠球和SA-ILS凝膠球，通過靜態(tài)吸附試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)兩種凝膠球?qū)χ亟饘匐x子Pb2+和Cu2+的最佳吸附條件為:溶液pH值為5.0，金屬離子初始濃度為5mg·L-1，溫度為20℃，吸附劑凝膠球的加入量為0.8g，振蕩時(shí)間為300min。在等溫學(xué)方面，兩種吸附劑吸附Pb2+和Cu2+的

5、平衡數(shù)據(jù)最符合Freudlich等溫吸附模型，其次是D-R等溫吸附模型，表明Pb2+和Cu2+在SA-PEG凝膠球和SA-ILS凝膠球上的吸附是不均勻的，且通過計(jì)算D-R模型中的平均吸附能E可知，SA-PEG凝膠球和SA-ILS凝膠球?qū)b2+和Cu2+的吸附過程主要為化學(xué)吸附。在動(dòng)力學(xué)方面，吸附數(shù)據(jù)更符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，說明吸附以化學(xué)吸附為主，且內(nèi)擴(kuò)散模型數(shù)據(jù)表明，粒子內(nèi)擴(kuò)散并不是吸附過程唯一的速率控制步驟，吸附過程可能還受到表面吸

6、附、液膜擴(kuò)散等方面的影響。在熱力學(xué)方面，在不同溫度下，計(jì)算得到的吉布斯自由能△G°均小于0，擬合的熵變△S°和焓變△H°皆小于0，說明吸附過程是自發(fā)、放熱的;并且擬合得到的焓變△H°值的大小也證明了兩種凝膠球?qū)b2+和Cu2+的吸附是以化學(xué)吸附為主的。凝膠球解吸再生的數(shù)據(jù)表明，凝膠球可以用0.1mol·L-1 HCl溶液解吸再生，解吸5次后，凝膠球?qū)b2+仍然有較高的去除率（90％左右）。
　　通過對(duì)吸附劑表征的研究，得到了以

7、下主要結(jié)論:對(duì)比凝膠球吸附前后的傅里葉紅外光譜(FT-IP)，發(fā)現(xiàn)在吸附金屬離子后，SA-CMC、SA-PEG和SA-ILS凝膠球上O-H和COO-鍵處的峰值均有所增加，表明凝膠球上的O-H和COO-基團(tuán)可能在吸附過程中與金屬離子Pb2+和Cu2+發(fā)生了反應(yīng);掃描電鏡圖(SEM)揭示了凝膠球的表面微觀特征，表明SA-CMC、SA-PEG和SA-ILS凝膠球呈網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu);X射線能譜圖(EDS)則證明了重金屬離子被吸附在了凝膠球上。綜上，三

8、種凝膠球?qū)χ亟饘匐x子的吸附機(jī)理總結(jié)如下::
　　(1)物理吸附，羧甲基纖維素鈉、聚乙二醇和離子液體交聯(lián)改性后的凝膠球獲得了較多的表面和內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)，為Pb2+和Cu2+提供了較多的吸附位點(diǎn);
　　(2)化學(xué)吸附，凝膠球結(jié)構(gòu)中COO-和-OH中的O具有孤對(duì)電子，而Pb2+和Cu2+提供空軌道，所以其對(duì)Pb2+和Cu2+具有絡(luò)合配位作用;
　　(3)靜電吸附，由于凝膠球表面帶負(fù)電荷，而Pb2+和Cu2+等金屬陽離子帶正電荷