磁性壳聚糖衍生物螯合树脂的制备与吸附性能研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hubeibei1919
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螯合树脂是一种能与金属离子形成多配位络合物的功能高分子材料。螯合树脂分子中具有螯合作用的功能基,一般都是通过化学键直接负载在聚合物载体上。从螯合树脂吸附重金属离子的机理可知,树脂上的功能原子与金属离子形成类似小分子螯合物的稳定结构的配位键,所以在吸附过程中,功能基与金属离子之间的作用和重金属离子在吸附剂内部的扩散显得尤为重要。由于螯合树脂具有与金属离子结合力强、选择性高、成本低廉等优点,因此可广泛应用于各种金属离子的去除、回收、分离和富集。本文以壳聚糖为基质,Fe3O4为载体,戊二醛为交联剂,分别用二氰二胺和糠醛对壳聚糖进行改性、交联,并包覆在Fe3O4颗粒的表面,合成了二氰二胺改性交联磁性壳聚糖螯合树脂(CMCTS)和糠醛改性交联磁性壳聚糖螯合树脂(FMCTS)。因合成的螯合树脂/Fe3O4颗粒具有内在磁性,所以方便螯合树脂与废水的分离及树脂的回收利用。由于螯合树脂分子链中分别引入N原子和O原子,提高了树脂的离子选择性识别能力,从而提高了对重金属离子的吸附能力。利用红外光谱(FT-IR)、X射线衍射(XRD)分析、热失重分析(TGA)、扫描电镜(SEM)、能谱(EDS)分析等方法对合成的螯合树脂进行了表征。研究了CMCTS螯合树脂吸附重金属离子时,接触时间、金属离子初始浓度、pH和吸附剂量对Co(II)、Ni(II)、Pb(II)和Hg(II)四种重金属离子吸附性能的影响。结果表明,四种金属离子的最佳吸附条件为:pH值分别为5、5、5、4;金属离子初始浓度分别为60 mg/L、200 mg/L、60 mg/L、200 mg/L;吸附剂量为1 g/L、1 g/L、2 g/L、2 g/L;吸附时间均为8 h。在CMCTS吸附最佳条件下,对壳聚糖、CMCTS和FMCTS的吸附容量和去除率进行比较,结果显示,CMCTS的吸附性能优于其他两种。吸附动力学数据用准一级、准二级和粒子内扩散动力学模型作线性拟合,从而估算CMCTS吸附动力学参数,研究的体系均遵循准二级动力学模型,证明速控步骤为化学吸附。分别利用Langmuir和Freundlich等温吸附模型分析平衡数据,结果表明,Langmuir模型能够更好地拟合平衡数据,说明吸附为单分子层优惠吸附。树脂CMCTS对四种重金属离子的吸附过程是自发的,升高温度有利于吸附过程。吸附-再生性能研究结果表明,CMCTS是一种具有潜在应用价值的良好的可再生吸附剂。
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