一步法水热合成葡萄糖基碳微球及其对重金属铅离子的吸附研究

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本文主要研究以葡萄糖为原料采用一步法制备清洁、绿色、反应条件温和的吸附剂,处理水体中的重金属铅离子。  制备出四种吸附剂,分别为纯葡萄糖、葡萄糖/丙烯酸10%、葡萄糖/丙烯酸50%和葡萄糖/丙烯酸100%。通过扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱分析(FT-IR)、元素分析、X射线衍射(XRD)等技术对制备的碳材料进行表征。制备出的纯G球形碳材料表面光滑,粒径在1μm左右。随着丙烯酸量的增加,球形碳材料表面变粗糙,形成由更小的微球组成的团聚体,团聚体粒径在4~5μm,表面的絮状结构,形似海胆,说明丙烯酸中的羧基负载到碳微球上。絮状结构的产生有利于增大碳球的比表面积,但丙烯酸的加入并不能改变碳材料的晶型。  在四种吸附剂分别进行对铅的吸附实验中,得到Langmuir和Freundlich两种吸附等温线模型,反应更适合用Freundlich模型进行分析。优化出最佳的吸附剂,即葡萄糖/丙烯酸50%,吸附量达65.6 mg/g。以葡萄糖/丙烯酸50%为研究对象,讨论了温度、pH值对铅离子吸附的影响。选择30℃作为最适的反应温度。pH较低时,碳微球表面的活性吸附位点保持质子化状态,对重金属铅离子吸附能力较弱;随着pH值增加,溶液中[H+]的浓度逐渐减少,因此不会与铅离子竞争吸附剂上的吸附点位。碳微球表面的阴离子很容易与铅离子发生相互作用,因此选择反应体系的pH为6左右。  对葡萄糖/丙烯酸50%碳微球进行Boehm滴定,表面的含氧官能团达到4.37mmol/g。研究了四种吸附剂对铅离子的动态吸附性能,准二级反应动力学更准确描述吸附过程,反应在30 min内达到吸附平衡。
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