基于鑭系金屬改性殼聚糖的脫氟新技術(shù)研究.pdf

1、本研究采用三種鑭系金屬(鑭、釹和鐠)分別對殼聚糖進(jìn)行改性制備除氟劑，其最佳制備工藝條件為：殼聚糖用量為1.0g·L-l，Ln3+濃度為0.015 mol·L-1，反應(yīng)時間為6～8 h。由三種除氟劑的X衍射圖譜、紅外譜圖、電鏡掃描圖分析推斷，在制備過程中，破壞了殼聚糖分子鏈內(nèi)或鏈間的氫鍵，使原來殼聚糖的有序結(jié)構(gòu)變得無序，形成了一部分無定形結(jié)構(gòu)。在除氟劑的制備過程中，殼聚糖分子鏈C3位置上羥基同C2位置上的氨基同Ln(H2O)n3+一起參加

2、反應(yīng)，并構(gòu)成穩(wěn)定的五元環(huán)。制備過程中將Ln3+負(fù)載到殼聚糖分子的骨架上形成了不飽和配合物，配體F-交換除氟劑空腔內(nèi)水分子的OH-，完成對F-的吸附。因配位反應(yīng)只發(fā)生在中心離子和配體之間，其它離子無此反應(yīng)，故表現(xiàn)出高度選擇性。 通過正交試驗優(yōu)化了三種除氟劑(CTS-La、CTS-Nd和CTS-Pr)對氟離子的最優(yōu)吸附工作條件：pH值為7，溫度為323 K，吸附時間為60 min，吸附劑粒徑為0.1mm，脫乙酰度為95％。對于濃度為

3、20mg·L-1的氟離子溶液，當(dāng)吸附劑用量為1.2g·L-1時，去除率達(dá)到99％左右，處理后的F-濃度為0.98mg·L-1左右，可以滿足世界衛(wèi)生組織對于飲用水中氟含量(＜1.5mg·L-1)和《生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》對飲用水的要求(＜1.0mg·L-1)。溶液中共存陰離子會對除氟效果產(chǎn)生一定的影響，結(jié)果表明，當(dāng)陰離子濃度為500mg·L-1時，SO2-4、Cl-、HCO-3、CO2-3和PO3-4除氟率分別下降14.3％、9.8％、19

4、.1％、28.5％和17.6％，其影響能力大小順序為：CO2-3＞HCO-3＞PO3-4＞SO2-4＞Cl-。吸附飽和的除氟劑，經(jīng)0.4 g·L-1的NaOH解吸24 h，能有效地恢復(fù)除氟劑的除氟性能；經(jīng)吸附和解吸，再次吸附和解吸，連續(xù)使用4次后，除氟性能從98％下降到67％，除氟劑有一定的重復(fù)使用性。 三種除氟劑的吸附等溫線基本符合Redlich-Peterson吸附等溫線方程，在323K時，CTS-Nd、CTS-Pr和CTS

5、-La對氟離子的飽和吸附容量分別達(dá)到42.3、39.7和39.5 mg·g-1。。。擬一級以及擬二級擴(kuò)散模型計算得到平衡量qe，cal與實驗得到的平衡吸附量qe．exp能較好的吻合，二者差異不顯著(p＞0.05)。在323 K時，CTS-Nd、CTS-Pr和CTS-La的吸附速率常數(shù)分別為0.008、0.009和0.012g·mg-1min-1。顆粒內(nèi)擴(kuò)散模型的研究結(jié)果表明，在吸附過程中，吸附速率的大小不僅受顆粒的內(nèi)表面擴(kuò)散的控制，同時

6、也受液膜形成的邊界層等因素的影響。根據(jù)Arrhenius公式，計算得到CTS-Nd、CTS-Pr和CTS-La吸附氟離子的活化能E值分別為11.583、8.286和8.333 KJ·mol-1，均小于42 KJ·mol-1，說明吸附過程主要為物理吸附。 小白鼠的亞急性毒性試驗結(jié)果表明：在使用劑量范圍內(nèi)(La3+：≤106mg·L-1；Nd3+：≤260 nag·L-1；pr3+：≤180mg·L-1)，水樣對小鼠的行為、體重、飲

7、食狀況以及對生理和生化指標(biāo)均無不良影響，與對照組無明顯差異。 用三種除氟劑對高密市大牟家鎮(zhèn)的水樣進(jìn)行處理，通過調(diào)整吸附劑的用量，均達(dá)到了很好的去除效果。其中3＃和＃水樣由于氟離子濃度高，而且共存陰離子濃度均超V類水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的3～4倍，當(dāng)吸附劑用量為7.5～8g·L-1時，出水中氟離子濃度可以滿足飲用水低于1.0mg·L-1的要求。CTS-La、CTS-Nd和CTS-Pr三種殼聚糖的制備成本和運(yùn)行成本分別為0.22～0.34元/千克

8、和0.032～0.056元/千克。針對大牟家鎮(zhèn)的實際水樣處理，3＃和4＃水樣的處理成本約為0.24～0.448元/千克，其它站點的水樣處理成本均低于0.12元/千克。三種除氟劑比較而言，采用CTS-La除氟劑具有處理成本低，除氟效率高的特點，實際使用，比較可行。 采用負(fù)載鑭系金屬離子的殼聚糖應(yīng)用于含氟水的處理，不但減少了含氟水對人體和環(huán)境的毒害作用，而且充分資源化利用了海產(chǎn)品的加工廢棄物--殼聚糖，創(chuàng)造了一定的價值。因此，采用以