KGM基吸附材料的制備及其吸附性能研究.pdf

1、隨著工業(yè)化的快速推進(jìn)，水污染問題，尤其是水的重金屬離子污染日益嚴(yán)重，時刻威脅著環(huán)境安全及人類健康。研究表明飲用鉛、鎘離子含量超標(biāo)的水，會嚴(yán)重影響人類的身體健康，污染自然環(huán)境。因此，有效減少或去除水中的鉛、鎘離子顯得尤為重要。本文采用環(huán)境友好型天然高分子材料為原料，通過吸附法去除水中的鉛、鎘離子。吸附法具有操作便捷，成本低廉，去除效果好等特點(diǎn)。吸附劑作為吸附法的核心組成部分，是環(huán)境科學(xué)和材料科學(xué)研究的重點(diǎn)問題之一。當(dāng)前，處理重金屬水污染的

2、吸附劑有礦物吸附劑，微生物類，生物質(zhì)類吸附劑等，但由于資源短缺，二次污染等問題，急需要尋找新型吸附劑。魔芋葡甘聚糖是一種生物質(zhì)材料，資源豐富，可再生，易降解，無毒性，成本低廉，且富含官能團(tuán)及易改性。通過對魔芋葡甘聚糖水熱改性制備出魔芋葡甘聚糖生物碳(KGMB)，對其羧甲基化及多巴胺化學(xué)修飾改性制備出多巴胺修飾的羧甲基魔芋葡甘聚糖微球(CMKGM-PDA)吸附材料。通過重金屬離子靜態(tài)吸附實驗及常規(guī)材料表征手段系統(tǒng)的研究了兩種吸附材料對鉛、

3、鎘的靜態(tài)吸附行為；通過吸附脫附實驗系統(tǒng)地研究了這兩種吸附劑的循環(huán)再利用性能。結(jié)合傅立葉紅外光譜儀(FT-IR)、熱重分析儀(TG)、掃描電子顯微鏡(SEM)、X射線色散能譜(EDX)及 X射線光電子能譜(XPS)等表征技術(shù)對兩種吸附劑的鉛、鎘吸附行為及機(jī)理進(jìn)行了分析探討，為拓展兩種吸附材料的應(yīng)用范圍提供一定的理論基礎(chǔ)。結(jié)果表明：
　　1.KGMB對鉛、鎘的吸附特性：當(dāng)反應(yīng)溫度為25℃，吸附質(zhì)濃度為50mg/g，pH為5.7，吸附劑

4、量為5mg，反應(yīng)時間為24h的條件下，KGMB吸附鉛離子的最大容量為202.84mg/g，吸附鎘離子的最大吸附容量為137.55mg/g。吸附過程均符合Langmuir模型，動力學(xué)均符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型。溫度在298.15到338.15K之間，吸附過程屬于自發(fā)、放熱反應(yīng)。在吸附劑再生實驗中，經(jīng)過三次吸附-解吸附的循環(huán)后，鉛離子吸附量依然達(dá)69.34mg/g，鎘離子吸附量也能達(dá)71.06mg/g。
　　2.通過TG分析知KGMB的熱

5、穩(wěn)定性較改性前有所提高；通過等電點(diǎn)測試可知，當(dāng)pH＞2.3時，KGMB表面呈負(fù)電性，有利于金屬離子的吸附；利用FT-IR，SEM-EDX及XPS探究KGMB吸附鉛、鎘離子的機(jī)理。結(jié)果表明，Pb(II)和Cd(II)與KGMB上-OH中氫離子發(fā)生離子交換，與氧發(fā)生靜電吸引。
　　3.CMKGM-PDA對鉛離子的吸附特性：當(dāng)pH為6.0，鉛離子濃度為50mg/g，吸附劑量為25mg，反應(yīng)時間為24h的條件下，CMKGM-PDA在反應(yīng)溫

6、度為25℃時吸附鉛的容量為75.19mg/g，在反應(yīng)溫度為45℃時吸附鉛的容量為153.37mg/g；吸附過程符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型及Langmuir模型，反應(yīng)溫度為25℃時，擬合最大鉛吸附量為95.2mg/g，吸附鉛的量隨著溫度的增大而增大。溫度在288到318K之間，吸附過程是熵增的過程，屬于自發(fā)、吸熱反應(yīng)。在吸附劑再生實驗中，當(dāng)溶液濃度為18mg/g時，經(jīng)過五次循環(huán)利用后，鉛離子吸附量仍然可以達(dá)到27.5mg/g。
　　4.通

7、過TG分析知CMKGM-PDA的熱穩(wěn)定性較改性前有所提高；通過等電點(diǎn)測試可知，當(dāng)pH＞3.65時，CMKGM-PDA表面帶負(fù)電，有利于金屬離子的吸附；通過FT-IR，SEM-EDX及XPS探究CMKGM-PDA吸附鉛的機(jī)理。結(jié)果表明，當(dāng)pH＞3.65時，吸附鉛主要以鉛與-NH2的螯合作用；當(dāng)pH＜3.65時，吸附鉛主要以鉛與-OH中氧的螯合作用。
　　5.CMKGM-PDA對鎘的吸附研究表明：當(dāng)鎘離子濃度為50mg/g，pH為6.

8、0，吸附劑量為25mg，反應(yīng)時間為24h的條件下，CMKGM-PDA在反應(yīng)溫度為25℃時吸附鎘的容量為21.5 mg/g。吸附過程符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型及Langmuir模型，反應(yīng)溫度為15℃時，擬合最大鎘吸附量為18.18mg/g，反應(yīng)溫度為45℃時，擬合最大鎘吸附量為50.51mg/g，吸附鎘的量隨著溫度的增大而增大。溫度在288到308K之間，屬于自發(fā)、放熱反應(yīng)。在吸附劑再生實驗中，當(dāng)溶液濃度為50mg/g時，經(jīng)過五次循環(huán)利用后，鎘

9、離子吸附量仍然可以達(dá)到17.2mg/g。
　　6.通過TG分析知CMKGM-PDA的熱穩(wěn)定性較改性前有所提高；通過等電點(diǎn)測試可知，當(dāng)pH＞3.65時，CMKGM-PDA表面帶負(fù)電，有利于金屬離子的吸附；通過FT-IR，SEM-EDX及XPS探究CMKGM-PDA吸附鎘的機(jī)理。結(jié)果表明，當(dāng)pH＞3.65時，吸附鎘主要以鎘與-OH中氧的螯合作用；當(dāng)pH＜3.65時，吸附鎘主要以鎘與-N-H和-OH的螯合作用。
　　以魔芋葡甘聚糖