【摘 要】
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当前,人类活动导致大量重金属污染物进入环境中,其中Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)为两种典型的重金属离子,对人类健康和植物正常生长有着巨大威胁。吸附法是处理水中重金属离子的有效方法,已经
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当前,人类活动导致大量重金属污染物进入环境中,其中Cr(Ⅵ)和Cu(Ⅱ)为两种典型的重金属离子,对人类健康和植物正常生长有着巨大威胁。吸附法是处理水中重金属离子的有效方法,已经得到了广泛的应用,吸附剂的结构和性能是影响吸附效果的关键因素,研究经济高效的吸附材料具有重要意义。生物高分子材料因廉价易得、可再生和降解等特点,在吸附领域有着重要应用,其中,具有高比表面和纳米纤维结构等特点的细菌纤维素(Bacterial Cellulose,BC)是一种良好的基体材料,可通过与不同的吸附材料复合得到功能化的细菌纤维素复合物。本文将BC分别与聚吡咯(Polypyrrole,PPy)和壳聚糖(Chitosan,CS)复合,采用原位氧化聚合法制得的聚吡咯/细菌纤维素复合物(PPy/BC)用于水中Cr(Ⅵ)的去除,以苹果酸(malic acid,MA)为交联剂制备的壳聚糖/细菌纤维素复合物(m CS/BC)用于水中Cu(Ⅱ)的去除。研究了两种吸附材料的吸附特点,并结合SEM、FTIR和XPS等表征方法对吸附剂的结构特点和吸附机理进行分析,得到如下主要结论:(1)以FeCl3为氧化剂,采用原位氧化聚合法制备PPy/BC复合物,所得复合物仍能保持纤维结构,其直径随着吡咯用量增加而增大。用于去除水中Cr(Ⅵ),当吡咯用量为0.6 ml(PPy/BC-6)时,其比表面积高达95.9 m2/g,Cr(Ⅵ)的吸附效果最好。对PPy/BC-6的吸附过程进行分析,结果表明:在溶液初始浓度为p H 2时吸附效果最好,在投加量为0.25 g/L时,对浓度为100 mg/L的Cr(Ⅵ)溶液去除率达97.5%;吸附过程是自发和吸热的,并且符合准二级动力学模型;在25℃时,结合Langmuir模型计算得到的最大吸附容量为555.6 mg/g,明显高于BC和PPy;PPy/BC-6经过五次循环使用后仍能保持高的Cr(Ⅵ)去除效率;PPy/BC-6对Cr(Ⅵ)的去除机理包括离子交换、静电吸引和还原吸附。(2)以MA为交联剂,采用物理交联的方法制备m CS/BC复合物,用于去除水中Cu(Ⅱ)。采用SEM、FTIR和XPS等表征方法对所得复合物的形貌结构进行分析,并对复合物的吸附特点进行研究。结果表明:当壳聚糖用量为0.5 g,MA中羧基与CS中氨基摩尔比为5:1时,所得复合物(m CS/BC-3)对Cu(Ⅱ)吸附效果最好;m CS/BC-3在宏观上为直径2~3 mm的小球,微观上,CS与BC形成互穿网络结构,比表面积可达75.8m2/g;m CS/BC-3在p H 4时对Cu(Ⅱ)去除效果最好,由Langmuir模型计算得到的最大吸附容量为204.5 mg/g,吸附完成后分离方便,对铜离子的去除机理主要为吸附剂上的氨基和含氧基团与Cu(Ⅱ)产生鳌合作用。
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