增強(qiáng)型復(fù)合聚合物-鐵氧化物多功能吸附劑的制備及應(yīng)用研究.pdf

1、目前，飲用水源中銻污染問題日益嚴(yán)重，針對(duì)水中銻[Sb(Ⅴ)，Sb(Ⅲ)]存在的嚴(yán)重環(huán)境危害及缺乏較為成熟和有效的去除方法的現(xiàn)狀，以及常用水合氧化鐵吸附劑不易分離回用和微量銻在水中擴(kuò)散傳質(zhì)效率低等一系列實(shí)際問題，本研究制備了一種基于殼聚糖(CS)、醋酸纖維素(CA)共混并負(fù)載水合氧化鐵的多孔復(fù)合吸附劑(CS/CA-Fe)用于水中微量銻的有效去除。研究中利用紅外光譜、X射線衍射、掃描電鏡、熱重、BET比表面積、Zeta電位等手段對(duì)這種特定吸

2、附劑進(jìn)行了表征。另外利用相同基質(zhì)材料在不同配比下制備了各種吸附劑進(jìn)行對(duì)比，以選擇適當(dāng)?shù)耐都恿?。同時(shí)，通過靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)考察了用CS/CA-Fe除銻時(shí)吸附劑投加量、吸附時(shí)間、溶液pH、吸附溫度、離子強(qiáng)度、競(jìng)爭(zhēng)離子等環(huán)境因素對(duì)水中微量Sb(Ⅴ)吸附去除的影響，并進(jìn)一步通過資料分析和XPS表征結(jié)果等探討了該過程的吸附動(dòng)力學(xué)，等溫吸附平衡規(guī)律，以及其主要的吸附機(jī)理。
　　分析表征證明鐵氧化物顆粒均勻地負(fù)載于CS/CA共聚物中，并且主要以HF

3、O的形式，所載的鐵氧化物不僅包括以微孔固封的物理載鐵還存在分散于共聚物中的化學(xué)形式載鐵，CS/CA-Fe的顯性等電點(diǎn)在pH6.5附近。通過溶脹率實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)殼聚糖的過量增加可能導(dǎo)致復(fù)合材料的機(jī)械強(qiáng)度降低，本研究的最終配比制得的復(fù)合吸附劑的載鐵量高于使用其它鐵鹽溶液蒸發(fā)法和Sengupta A.K.載鐵方式的載鐵量。
　　吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所制備的CS/CA-Fe復(fù)合吸附劑性能良好，在投加量為1.2 g/L，溶液pH4.0的條件下，可將

4、水中Sb(Ⅴ)的濃度從200μg/L去除至5μg/L或以下。CS/CA-Fe吸附Sb(Ⅴ)具有很快的初始效率并在約12h后達(dá)到吸附平衡。吸附效率受溶液pH影響，并在酸性pH下對(duì)Sb(Ⅴ)的去除效果具有顯著增強(qiáng)。溫度對(duì)吸附效果的影響相對(duì)較小。離子強(qiáng)度以及競(jìng)爭(zhēng)離子的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著離子強(qiáng)度的提高和競(jìng)爭(zhēng)離子的加入，CS/CA-Fe對(duì)Sb(Ⅴ)的吸附效果會(huì)減弱。重復(fù)使用與再生實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，NaOH對(duì)除銻后的CS/CA-Fe的再生效果較好，而且

5、隨著NaOH濃度的增加再生效率也相應(yīng)提高，例如1M NaOH溶液的再生效果可以達(dá)到97％。然而使用過高濃度的NaOH溶液再生后吸附劑的吸附效果并不理想，可能是NaOH對(duì)復(fù)合材料造成一定的破壞，需進(jìn)一步探討。
　　分析發(fā)現(xiàn)相較于準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型能更好地模擬CS/CA-Fe吸附Sb(Ⅴ)的過程。在進(jìn)一步用內(nèi)部擴(kuò)散以及Boyd模型對(duì)吸附動(dòng)力學(xué)進(jìn)行擬合，從pH4時(shí)的結(jié)果得出吸附速率也主要受到外部擴(kuò)散的影響，說明此時(shí)吸附劑

6、對(duì)銻的外部富集作用對(duì)吸附過程也扮演了重要的作用。這也證實(shí)了制備復(fù)合吸附劑時(shí)使用殼聚糖的質(zhì)子化作用與水中銻酸根之間產(chǎn)生靜電吸引力的強(qiáng)化機(jī)理的有效性，符合道南膜效應(yīng)。實(shí)驗(yàn)表明在五價(jià)銻初始濃度低時(shí)，在pH6.5時(shí)的吸附速率主要受孔內(nèi)擴(kuò)散影響。這是因?yàn)榇藭r(shí)復(fù)合吸附劑與銻酸鹽之間不存在靜電富集作用，外部擴(kuò)散和界面層擴(kuò)散起的作用比孔內(nèi)擴(kuò)散影響小，所以吸附速率慢。用Langmuir和Freundlish模型均能較好的擬合復(fù)合吸附劑除銻的等溫吸附過程。

7、在pH4時(shí)吸附容量為43.6 mg-Sb(Ⅴ)/g-CS/CA-Fe。通過XPS分峰結(jié)果得知，復(fù)合吸附劑CS/CA-Fe除銻發(fā)生的物理化學(xué)反應(yīng)的不僅僅和鐵氧化物還與殼聚糖有關(guān)。綜合靜態(tài)吸附、動(dòng)力學(xué)和吸附等溫、XPS等分析結(jié)果可以推測(cè)出CS/CA-Fe對(duì)Sb(Ⅴ)的有效吸附主要?dú)w結(jié)為:殼聚糖的質(zhì)子化對(duì)水中微量Sb(Ⅴ)的濃縮富集與吸附作用，水合氧化鐵對(duì)Sb(Ⅴ)的絡(luò)合吸附作用，以及殼聚糖和醋酸纖維素共混形成的多孔結(jié)構(gòu)改善了復(fù)合吸附劑的有效