基于殼聚糖光敏磁性微納米粒的制備及對(duì)水體砷的處理.pdf

1、砷污染是一個(gè)全球性的現(xiàn)象，尤其是砷重度污染地區(qū)的水體對(duì)人體和環(huán)境帶來(lái)了多種不可修復(fù)的危害，因此水體中砷的凈化處理一直是人們關(guān)注和研究的熱點(diǎn)。隨著生活水平的提高，水體砷的去除標(biāo)準(zhǔn)也日趨嚴(yán)格，因此對(duì)于除砷技術(shù)和除砷材料也提出了更高的要求，如高效、環(huán)保等。
　　本文首先選擇了生物可降解、環(huán)境友好、價(jià)格低廉且具有良好吸附分離功能的殼聚糖作為載體材料，通過(guò)反相懸浮交聯(lián)聚合法將具有光敏效應(yīng)的TiO2以及具有磁分離功能的Fe3O4復(fù)合，制備出殼

2、聚糖光敏磁性微納米粒(MTCNPs)，對(duì)其形貌、粒徑大小和對(duì)砷的吸附效率進(jìn)行了研究。采用掃描電鏡(SEM)、透射電鏡(TEM)、紅外光譜(FT-IR)、振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)、原子熒光光度計(jì)(AFS)對(duì)所得的材料進(jìn)行表征。結(jié)果表明，所得的MTCNPs表面粗糙，尺寸較均一且形狀較規(guī)整，對(duì)As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的最佳吸附pH值分別為7.0、5.0，最佳吸附溫度為40℃，在0.5h內(nèi)可達(dá)到較高吸附率。NO3-、SO42-離子在5～50 mo

3、l/L濃度范圍內(nèi)，MTCNPs對(duì)As(Ⅲ)的吸附效率為95％，而PO43-降低了材料35％的吸附率，但對(duì)As(Ⅴ)基本不影響，當(dāng)Ca2+、Mg2+、Fe3+三種離子的濃度在50～600 mol/L的范圍內(nèi)，對(duì)As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附效率分別降低了16.78％、14.38％、12.35％和39.91％、33.25％、38.46％，當(dāng)Fe3+濃度為2～25 mol/L時(shí)，MTCNPs對(duì)As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附效率基本維持在90％，影

4、響很小。當(dāng)紫外光照射時(shí)，MTCNPs對(duì)As(Ⅲ)的吸附效率可有效增加10％～20％。吸附動(dòng)力學(xué)研究結(jié)果表明殼聚糖光敏磁性微納米粒吸附As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的過(guò)程符合二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。等溫吸附研究表明其對(duì)砷的吸附行為遵循Langmuir模型。
　　由于殼聚糖含有-NH2和-OH基團(tuán)，使其難溶于水，從而限制了其應(yīng)用。季銨鹽化殼聚糖既保留了殼聚糖的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又具有了陽(yáng)離子聚合物優(yōu)良的特性，推測(cè)對(duì)As(Ⅲ)有較好的吸附性。因此首先對(duì)殼聚糖進(jìn)行

5、季銨鹽化改性合成殼聚糖季銨鹽，繼而采用反相懸浮交聯(lián)聚合法進(jìn)一步得到季銨鹽化殼聚糖復(fù)合微納米粒。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合分析得出，取代度為64.47％的季銨鹽化殼聚糖復(fù)合微納米粒(MTHCNPs-2)可在較寬的pH范圍內(nèi)使用。通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)可知，NO3-、SO42-存在時(shí)，MTHCNPs-2對(duì)As(Ⅲ)的吸附效率可達(dá)95％以上，而PO43-降低了22％的吸附效率，但幾乎不影響對(duì)As(Ⅴ)的吸附，當(dāng)Ca2+、Mg2+、Fe3+存在時(shí)，MTHCNP

6、s-2對(duì)As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的吸附效率分別降低了20.87％、14.13％、38.65％和3.02％、2.78％、55.97％，在低濃度2～25 mol/L時(shí)，F(xiàn)e3+幾乎不影響MTHCNPs-2對(duì)砷的吸附效率。二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和Langmuir模型能很好地描述MTHCNPs-2吸附As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的過(guò)程，并且在313 K時(shí)對(duì)As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的最大吸附容量分別為33.864mg/g和34.614 mg/g。在經(jīng)過(guò)10次吸附-

7、解吸循環(huán)后吸附效率僅降低了7.55％，說(shuō)明該材料具有很好的可重復(fù)利用性。
　　在前面工作的基礎(chǔ)上，我們也對(duì)材料吸附水體中的砷進(jìn)行了動(dòng)態(tài)研究。設(shè)計(jì)吸附裝置為固定玻璃柱上流式離子交換器，填充季銨鹽化殼聚糖復(fù)合微納米粒(MTHCNPs-2)為吸附材料。結(jié)果表明，MTHCNPs-2對(duì)三價(jià)砷具有很高的柱吸附效率，吸附柱體積數(shù)達(dá)到660。低濃度下5 mg/L的PO43-對(duì)MTHCNPs-2吸附三價(jià)砷不產(chǎn)生影響，當(dāng)濃度高達(dá)50 mg/L時(shí)，材料