改性柚皮纤维素的制备及其对金属离子Cd2+的吸附研究

作     者：倪平 

作者单位：华中农业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李小定

授予年度：2012年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 08[工学] 

主      题：柚皮纤维素 改性 Cd2+ 吸附机理 生物吸附 

摘      要：随着经济的快速发展,工业和生活垃圾的不规范处理,电镀、玻璃、制革、纺织、化工、陶器、颜料等行业每年产生大量含重金属离子废水废渣,这些均增加了环境中的重金属污染量。不仅如此,重金属还易通过食物链在生物体内富集,而又很难通过自净的方式去除,从而对动植物及人的健康造成严重威胁。因此,高效治理重金属污染成为人们越来越关注的焦点。 本文采用柚皮为原料,用单体嫁接和酯化反应两种方法,制备了改性纤维素CPP-PAM和CPP-SA。采用现代仪器分析手段对CPP-PAM和CPP-SA进行结构表征。同时研究温度、溶液pH、时间对改性纤维素吸附重金属镉的影响,从吸附动力学、等温吸附试验及解析试验等方面研究了改性柚皮纤维素吸附Cd2+的能力。主要结果如下： 1、将柚皮预处理后,除去果胶、半纤维素和木质素。先以四水合硫酸铈铵为引发剂,将丙烯酰胺接枝到柚皮纤维素上,制备改性柚皮纤维素CPP-PAM;再以吡啶为催化剂,让琥珀酸酐与柚皮纤维素发生酯化反应,制备改性柚皮纤维素CPP-SA。 2、用傅里叶红外光谱仪、扫描电镜等分析手段,对CPP-PAM和CPP-SA进行结构表征。结果表明与原柚皮纤维素分子相比,CPP-PAM和CPP-SA分子分别引入了酰胺基和羧基官能团。 3、研究吸附时间、pH和温度对改性柚皮纤维素CPP-PAM和CPP-SA吸附重金属离子Cd2+的影响。结果表明,吸附体系溶液体积为20mL,自然pH,吸附时间为60min,吸附剂质量为0.02g,温度范围为20-35℃时,随温度的升高吸附量先缓慢升高,然后缓慢下降。当温度为30℃时,吸附量最高。吸附体系溶液体积为20mL,吸附时间为60min,吸附剂质量为0.02g,pH范围为1-8时,随pH的升高,吸附量逐渐升高。pH为7时,吸附量达到最高。 4、研究了改性柚皮纤维素CPP-PAM和CPP-SA对Cd2+吸附动力学和等温吸附试验。结果表明,改性柚皮纤维素CPP-PAM和CPP-SA对Cd2+的吸附快速、稳定,CPP-PAM约吸附40min就达到了平衡,随后吸附量变化极其的微量;CPP-SA约吸附40min就达到吸附平衡,吸附符合二级动力学模型。吸附等温线都非常适合用Langmuir等温吸附方程进行拟合,CPP-PAM和CPP-SA对Cd2+的最大吸附容量分别达到148.7mg/g和131.4mg/g。改性柚皮纤维素CPP-PAM对Cd2+的的吸附能力明显高于改性柚皮纤维素CPP-SA. 5、在解吸附试验中,用1mol/L盐酸溶液对吸附有一定浓度Cd2+的CPP-PAM和CPP-SA进行解析试验,结果对Cd2+解析率达到93.09% 6、改性柚皮纤维素对Cd2+的吸附机理可能主要是离子交换和络合作用,还有少量的物理吸附作用。 7、改性纤维素CPP-PAM的最大吸附量要高于CPP-SA.这可能是因为接枝丙烯酰胺的共聚物CPP-PAM有更高的分子量和复杂的空间结构。更容易作为生物絮凝剂,借助氢键、离子键和范德华力,吸附胶体微粒,产生搭桥现象。也容易形成双电子层,进行离子交换和吸附。