微米級和亞微米級羧基化殼聚糖磁性核殼微球的制備及其對水體中Pb2+的吸附性能研究.pdf

1、隨著世界范圍內(nèi)工業(yè)的發(fā)展以及人類活動(dòng)的增加，重金屬污染嚴(yán)重威脅了人類的健康和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定，并因此引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注和研究。目前針對水體中重金屬污染問題的處理方法主要包括:物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法和生物法，其中吸附法具有易操作、高效率、低成本和易重復(fù)利用等特性，被廣泛應(yīng)用于重金屬離子的去除及吸附機(jī)理的研究。研究表明吸附材料的種類、粒徑以及表面活性吸附位點(diǎn)等理化性能是影響吸附效果的主要因素。殼聚糖是通過甲殼素脫去乙?；玫降囊环N

2、天然生物大分子多糖，因其良好的生物相容性、無毒性以及較高的生物活性而被廣泛應(yīng)用做水體中重金屬離子污染處理劑。然而，單一的殼聚糖材料作為水處理劑具有一定的限制性，本文制備了微米級羧基化殼聚糖磁性核殼微球(EDCMM)和亞微米級羧基化殼聚糖磁性核殼微球(EDCMSM)用于對水體中Pb2+吸附研究，在制備的過程中引入了四氧化三鐵內(nèi)核，并在其表面包覆一層二氧化硅作為保護(hù)層，方便了小粒徑吸附劑的分離回收的過程;將殼聚糖作為殼層包覆在二氧化硅磁性內(nèi)

3、核表面，通過戊二醛交聯(lián)殼聚糖層，增加了殼聚糖核殼微球在不同PH溶液中的穩(wěn)定性;通過殼聚糖表面接枝乙二胺四乙酸(EDTA)進(jìn)行羧基化修飾，以增加殼聚糖層表面的吸附位點(diǎn)。
　　本文通過乳化交聯(lián)法制備得到微米級殼聚糖磁性核殼微球(CMM)，并對殼聚糖表面進(jìn)行羧基化修飾，得到吸附劑EDCMM。同時(shí)，考察了殼聚糖濃度、殼聚糖與二氧化硅磁性內(nèi)核質(zhì)量比、轉(zhuǎn)速對制備過程的影響，采用透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、傅立葉紅外光譜

4、儀(FTIR)、比表面儀(BET)和振動(dòng)樣品磁強(qiáng)計(jì)(VSM)等儀器分別對吸附劑的物理、化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征。通過對其表征發(fā)現(xiàn)，EDCMM比表面積為0.7m3/g，冷凍干燥后EDCMM粒徑集中分布在100-200μm，與冷凍干燥前的粒徑相比具有一定程度的降低，且形成了具有一定體積的空腔結(jié)構(gòu)，經(jīng)測定其平均空腔體積為總體積的33％。FTIR分析表明，EDCMM成分中包含二氧化硅、殼聚糖和四氧化三鐵，并且EDTA的羧基以及戊二醛的醛基均成功的與殼

5、聚糖的氨基發(fā)生了接枝和交聯(lián)反應(yīng)，羧基化后EDCMM的等電點(diǎn)在2.7左右，擴(kuò)大了殼聚糖在酸性溶液中的應(yīng)用范圍，EDCMM飽和磁化強(qiáng)度為14.117emu/g，能夠?qū)崿F(xiàn)較快的磁分離。
　　亞微米級殼聚糖磁性核殼微球(CMSM)經(jīng)微乳液法制備，并經(jīng)EDTA改性得到吸附劑EDCMSM。EDCMSM物理、化學(xué)表征結(jié)果表明，微球外形為規(guī)則的球形，粒徑主要分布在100-400nm之間，殼層的厚度約為10-40nm，比表面積為6.7 m3/g。F

6、TIR分析表明EDCMSM的成分中包括四氧化三鐵、二氧化硅和殼聚糖，殼聚糖層通過戊二醛和EDTA成功的進(jìn)行了交聯(lián)改性和接枝改性。經(jīng)測定，微球飽和磁化強(qiáng)度為66.563emu/g，等電點(diǎn)在3.4左右。
　　將制備得到的EDCMM和EDCMSM用于對Pb2+的吸附實(shí)驗(yàn)，并研究了PH值、接觸時(shí)間、初始Pb2+溶液的濃度和溫度對吸附過程的影響。結(jié)果表明，在初始Pb2+溶液的濃度為400 mg/l的條件下，EDCMM和EDCMSM對Pb2+

7、的吸附進(jìn)程分別在反應(yīng)開始后40min和20min時(shí)達(dá)到平衡狀態(tài)，最大吸附量分別為160.7和138.9 mg/g。EDCMM和EDCMSM對Pb2+的吸附過程均符合擬二級動(dòng)力學(xué)模型，同時(shí)兩種吸附劑對Pb2+的吸附等溫?cái)?shù)據(jù)符合Langmuir等溫吸附模型。熱力學(xué)數(shù)據(jù)表明，EDCMM和EDCMSM對Pb2+的吸附反應(yīng)為吸熱、自發(fā)的過程。EDCMM和EDCMSM的再生實(shí)驗(yàn)表明，經(jīng)過5次吸附重吸附實(shí)驗(yàn)后，兩種吸附劑對Pb2+的吸附量仍分別為最初