基于壳聚糖材料的高氯酸盐吸附处理研究

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高氯酸盐是一种对人体特别是婴幼儿有极大危害的污染物质。由于高氯酸根与碘离子的半径相近,可以与碘离子发生竞争从而干扰甲状腺对碘离子的正常摄取,减少甲状腺激素的合成量,导致人体发育缺陷,甚至影响骨骼系统和中枢神经系统的正常发育。由于具备空间正四面体构型,高氯酸盐的稳定性高,在自然条件下不易被还原,并且溶解度高导致其在水环境中的扩散速度快,污染范围广。目前,高氯酸盐污染已经成为世界各国都需面对的环境问题,但由于各国对这种污染的关注程度不同,导致对高氯酸盐的研究处理现状进展不一。我国目前暂时没有相关的法律法规对高氯酸盐在废水中的排放标准和在饮用水中的安全浓度进行限制,但是关于高氯酸盐去除手段的研究引起了许多学者的广泛兴趣。壳聚糖作为一种廉价易得的天然高分子材料已被证实对高氯酸盐具有良好的吸附能力。因此,本文旨在制备出一种以壳聚糖材料为基底对废水中高氯酸盐具有高效吸附去除能力的吸附剂,通过探究其吸附规律、适用条件,使得研究具有实际可操作性。为确保吸附剂有良好的吸附及机械性能,实验确定壳聚糖材料为微球形状。通过对不同交联剂(戊二醛(GA)、环氧氯丙烷(ECH)、1,2,7,8-二环氧辛烷(DEO))在不同条件下进行壳聚糖微球的制备,以对高氯酸盐吸附能力强弱为指标,确定壳聚糖微球的最优制备方法。实验发现壳聚糖微球的最佳制备条件为:交联剂采用环氧氯丙烷(ECH)、交联剂与壳聚糖粉末配比(摩尔比)=1:1、烘干干燥方式,此时对高氯酸盐的吸附去除率达到78.4%。本文对最佳条件下制备得到的壳聚糖微球进行了高氯酸盐的吸附性能研究,发现pH值发生改变时,对吸附量会产生影响,pH值在4~6范围内是吸附实验的最佳pH的条件。当有共存离子时,壳聚糖微球对高氯酸盐的吸附容量减少,该吸附剂对不同离子共存时的亲和性强弱顺序为:SO42->H2PO4->Cl O4-。壳聚糖微球对高氯酸盐的吸附行为符合拟二级动力学规律和Langmuir热力学方程模型。壳聚糖微球这种吸附剂具有很高的回收再生能力,在对高氯酸盐吸附-解吸-再生-再吸附的10个循环过程,每次平均吸附去除率能够达到81.6%。通过SEM图像分析得出,此吸附过程主要发生在吸附剂的表面,即以表面吸附为主。利用金属氧化物(ZrO2)对壳聚糖微球进行改性可以提高静电吸附引力,从而增加对高氯酸盐的吸附容量,实验发现,当达到吸附平衡时,此改性壳聚糖微球比改性前的饱和吸附容量提升约48.9%。本文还对改性壳聚糖微球进行吸附实验时的pH值、温度等条件进行探究,该吸附剂的pH适用范围广,无需调节pH即可达到理想的吸附效果。
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