微纤化纤维素/壳聚糖复合微球对废水中铬离子吸附性能的研究

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随着皮革工业的快速发展,制革过程中会产生大量的含铬废水,对环境造成污染。铬在自然界中普遍存在的状态是三价铬和六价铬。六价铬在溶液中的存在形式有CrO42?、HCrO4?和Cr2O72-。与三价铬相比,六价铬毒性更大,会对人体产生很大的危害。本文以微晶纤维素为原料,采用高压均质法制备了纳米微纤化纤维素(MFC),将MFC与壳聚糖相复合,采用滴入法制备了MFC/壳聚糖复合微球,系统地探讨了吸附时间、溶液pH、初始铬离子浓度、吸附温度和吸附剂用量对MFC/壳聚糖复合微球吸附性能的影响,并对复合微球吸附Cr(VI)和Cr(III)的动力学行为进行了分析。  (1)采用微晶纤维素(MCC)为原料,经过碱预处理和高压均质的方法制备了微纤化纤维素(MFC)。采用扫描电子显微镜对其形貌进行分析,研究表明,原材料MCC具有短棒状的结构,直径约20μm,长度约40μm。经过高压均质处理后制备的MFC直径约为20-50nm,具有较大的长径比和三维网络状结构。  (2)将壳聚糖溶解于醋酸中,将 MFC悬浮液和壳聚糖溶液按一定比例混合均匀后滴入到氢氧化钠中固化成球,采用真空冷冻干燥的方法制得MFC/壳聚糖复合微球。采用扫描电子显微镜对复合微球的表面和断面的形貌进行分析,结果表明,MFC在壳聚糖基体中分散均匀,无明显的团聚现象,微球内部存在均匀的孔洞结构,有利于重金属离子的扩散,提高其对重金属铬离子的吸附量和去除率。  (3)研究了复合微球对六价铬的吸附行为,并对吸附后的微球采用扫描电镜和EDX能谱分析。研究表明,吸附后的微球的表面和断面的 EDX能谱中出现Cr峰,说明复合微球可以成功吸附六价铬离子。通过探讨溶液pH对吸附性能的影响发现,酸性条件有利于复合微球对六价铬离子的吸附。其中MFC含量为10wt%的复合微球的吸附能力最好,当吸附剂用量为20mg/mL时去除率达到86%。其吸附等温线方程符合Freundlich吸附等温线模型,拟合度大于0.96,吸附过程符合准二级动力学模型,说明复合微球对六价铬离子的吸附是非均质的多分子层吸附,而且其吸附过程是属于化学吸附控速过程。  (4)研究复合微球对三价铬的吸附行为,对吸附后的微球采用扫描电镜和EDX能谱分析,研究表明,吸附后的微球的表面和断面的 EDX能谱中出现 Cr峰,说明三价铬离子被成功吸附到复合微球中。通过探讨溶液pH对吸附性能的影响发现,在酸性较强的条件下不利于复合微球对三价铬离子的吸附,其中MFC含量为10wt%的复合微球的吸附能力最好,当吸附剂用量为20mg/mL时具有较大的去除率,为96.2%。其吸附等温线方程符合Freundlich吸附等温线模型,拟合度大于0.97。吸附过程符合准二级动力学模型,说明复合微球对三价铬离子的吸附是非均质的多分子层吸附,而且其化学吸附是吸附速率的控制阶段。
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