凤眼莲纤维改性及其对重金属吸附性能的初步研究

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本文研究了凤眼莲及其它几种植物纤维对铜离子的吸附。利用两种改性方法对纤维素进行改性,通过对比改性材料对铜离子的吸附量,选择了一种较好的改性方法。探讨了改性过程中几个重要的影响因素,得出最佳改性条件,使其对金属离子具有最大的吸附量。同时研究了凤眼莲纤维素黄原酸盐对铜离子的吸附特征,对多种金属离子的去除率以及再生。通过这些研究主要得到了以下结论:1.凤眼莲根样和茎叶样对铜离子的吸附量明显高于其它4种植物原料对铜离子的吸附量。主要原因是凤眼莲粗纤维中纤维素、半纤维素、木质素的组成结构优于其它4种植物、疏松的结构和更多的羧基所导致。2.凤眼莲纤维素用CS2改性的产物明显高于用柠檬酸改性的产物对铜离子的吸附量,同时制备方法更加简单,制备时间也相对要少很多,是一种经济、省时的改性方法。纤维素黄原酸酯对铜离子的吸附比柠檬酸酯对铜离子的吸附受pH的影响要小,在酸性较大的情况下仍然有比较好的吸附效果,吸附速度快,再生所用酸浓度小,不但可以节省成本还可以减少再生的损失。3.凤眼莲纤维素黄原酸盐的最佳制备条件为:5g原料在20%的NaOH溶液中碱化90min制得碱纤维素,然后加0.1~0.2mlCS2在碱性条件下酯化反应90min制得纤维素黄原酸酯,最后与稀的镁盐反应制得纤维素黄原酸盐。4.凤眼莲纤维素黄原酸盐对铜离子的吸附受pH值影响较大,在pH为1~4.5范围内,随着溶液的pH的增加,凤眼莲纤维黄原酸盐对铜离子吸附量也增加,在pH达到4.5时吸附量最大;等温吸附过程与一级动力学方程拟合较好(R2=0.9512),整个过程吸附速度快,20min基本可达到平衡。5.由于凤眼莲纤维黄原酸盐与铜离子的结合远比钠离子牢固,所以钠离子的存在几乎对铜离子的吸附没有影响;伴随的不同阴离子对Cu2+的吸附有着很大的影响,其中硝酸根的影响最大,影响最小的是硫酸根。6.粉末吸附材料的吸附量大,吸附速度快,但实际应用困难。颗粒吸附材料虽然吸附量和吸附速度都比粉末材料的要低,但实际应用方便,便于污水的快速处理。7.用四种吸附材料分别吸附单一金属离子的时候,去除率大小顺序为茎叶(粉末)>根(粉末)>茎叶(颗粒)>根(颗粒),两种粉末吸附材料对Cu的去除率都在95%以上,对Pb、Cd、Cr、Zn的去除率在99%以上。8.去除五种混合金属离子时,去除率大小顺序也是茎叶(粉末)>根(粉末)>茎叶(颗粒)>根(颗粒)。这四种吸附材料对Cr、Cu和Pb的去除效果好于Cd和Zn的去除效果。9.再生三次后,四种材料对Cd的去除率平均为30%,对Cr的去除率平均为23%,对Zn的去除率平均为34%。对Cu和Pb的去除率,四种材料相差较大,茎叶(粉末)材料的去除效果最好,根(颗粒)材料的效果最差;再生三次后粉末材料的损失率为43%左右,颗粒材料的损失率为34%。
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