含柿单宁生物吸附剂的制备及其对Au3+与Cu2+、Pb2+的吸附效应研究

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以柿粉为原料,经甲醛交联固化后获得一种以柿单宁为有效成分的吸附剂(柿粉—甲醛树脂,PPFR),并研究其对水溶液中贵金属离子Au3+和重金属离子Cu2+与Pb2+的吸附效应;利用NaOH溶液对PPFR进行浸泡处理获得NaOH改性PPFR (NPPFR),并研究其对水溶液中重金属离子Cu2+与Pb2+的吸附效应。利用SEM与显微镜观察以及Zeta电位、FT-IR, XRD、热变性温度、比表面积测定等分析手段对吸附剂进行表征;通过静态吸附实验研究pH值、吸附时间、温度、金属离子初始浓度、吸附剂浓度、共存离子等因素对吸附效果的影响,并分析吸附材料对Au3+、Cu2’与Pb2+的吸附动力学及吸附等温线规律;通过柱吸附实验考察对Au3、Cu2+与Pb2’的动态吸附效应及吸附剂的再生性能;初步探索吸附材料对Au3+、Cu2+与Pb2+的吸附机理。主要研究结果如下:1.Zeta电位、FT-IR、热变性温度、比表面积测定等分析手段可较好对吸附剂进行表征。通过FT-IR光谱证明PPFR中柿单宁与甲醛发生了交联反应;PPFR的Zeta电位等电点(isoelectric point)为2.21,pH值5.0-8.0范围负值较大,而NPPFR的Zeta电位在pH值2.0-10.0范围内只具有接近等电点负值;PPFR与NPPFR的容积密度、比表面积和热变性温度分别为0.81g/cm3、0.23m2/g与367.6K和0.55g/cm3.0.47m2/g与411.7K。2. PPFR可高效选择吸附盐酸(pH值≤2)溶液中的Au3+。实验中获得PPFR对Au3’的最大吸附量为3025.20mg/g,且该吸附剂能100%吸附实际工业样品中的Au3+而同时几乎不吸附其他金属离子。拟二级速率方程可较好拟合吸附动力学数据(R2>0.99),吸附是一个吸热过程,Ea为53.19kJ/mol。 Freundlich模型可良好描述PPFR对Au3+的吸附等温线。PPFR填充柱能高效吸附水溶液中的Au3+,被吸附的金可被酸性硫脲溶液轻易洗脱,且再生柱对Au3+的吸附能力下降较少。PPFR对Au3+的吸附机理为氧化还原吸附,吸附过程中Au3+被还原成Au0。3. PPFR可较好吸附水溶液中的Cu2’与Pb2+。PPFR对Cu2’与Pb2+的吸附受pH值影响较大,最佳PH值范围为5.0-6.0;对Cu2+和Pb2+的吸附在180mmin即可达到吸附平衡,提高吸附温度可提高吸附速率,但对吸附量影响不大,吸附动力学数据可用拟二级速率方程良好拟合;提高溶液初始浓度可提高平衡吸附量,Langmuir方程可较好描述PPFR对Cu2+和Pb2+的吸附等温线;该吸附剂能高效吸附混合重金属溶液中的Cu2+和Pb2+,吸附剂浓度2.0g/L时可分别达到83.73%和98.63%;循环再生实验证明PPFR至少可循环使用5次以上;PPFR对Cu2+与Pb2+的吸附可能是静电作用与配位反应共同作用的结果。4. NPPFR对Cu2+和Pb2+具有比PPFR更高的吸附能力(分别提高90.50%和62.17%)。PH值对吸附的影响较大,最适宜NPPFR吸附Cu2+和Pb2+的PH值范围为5.0-5.5。拟二级速率方程可较好的描述NPPFR对Cu2+和Pb2+的吸附动力学(R2≥0.9998),且根据方程计算得出的理论最大吸附量(qej)与实验中获得的最大吸附量(qes)非常接近(误差值小于±4.00%)。NPPFR对Cu2+和Pb2+的吸附等温线符合Langmuir模型(R2>0.99),由Langmuir模型计算得出293K和313K下NPPFR对Cu2+和Pb2+的理论最大吸附量均大大高于PPFR对Cue+和Pb2+的理论最大吸附量。共存离子(Fe3+、Pb2+、Cu2+、Cd2+、Zn2+、Mn2+、Mg2+和Ca2+)对PPFR和NPPFR吸附Cu2+和Pb2+的影响不大,且在1.0g/L吸附剂浓度时NPPFR能吸附清除混合重金属溶液中的大部分重金属离子,而PPFR对共存离子溶液中Mg2+与Ca2+的吸附效果不理想。NPPFR填充柱可有效吸附水溶液中的Cu2+和Pb2+,吸附的Cu2+和Pb2+可轻易被稀硝酸洗脱下来,洗脱液浓度(Ce)最高可分别达到初始溶液浓度(Ci)的20.97和33.94倍。
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