杉树皮对重金属离子吸附性能的研究

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本文以杉树皮为原料,采用微波辅助法提取其中的纤维素、有机溶剂法提取木质素和单宁;采用环氧氯丙烷法、甲醛法和硝酸法改性杉树皮;研究了HPLC同时测定混合液中重金属离子含量的方法,并应用该法测定了杉树皮及其三种主要成分和树皮改性物对重金属离子的吸附性能;采用IR、SEM等对杉树皮及其改性物的微观结构进行表征,并对吸附机理进行了初步的探讨;对吸附剂的再生性能进行了试验研究。研究结果表明,以二乙基二硫代氨基甲酸钠(NaDDTC)作柱前衍生试剂的HPLC法同时测定废水中Cd2+、Pb2+、Ni2+、Cu2+、Cr3+、Cr(Ⅵ)六种重金属离子含量的分析方法是可行的。该方法分析灵敏度较高,定量准确且简便快速,为了解工业废水中重金属离子含量的测定开辟了新的途径。杉树皮提取及分析试验结果表明,杉树皮中的纤维素、木质素及单宁的含量较高,其各有效成分对金属离子均具有良好的去除作用,对各离子的吸附能力依次为:单宁>木质素>纤维素;对各离子的吸附容量大小顺序为Cr3+>Cu2+>Pb2+>Cd2+>Ni2+。三种成分结构中的酚羟基和羧基是具有吸附性能的有效基团,也是可供改性的活性基团。杉树皮环氧氯丙烷法改性的优化工艺条件为:环氧氯丙烷加入量10mL,NaOH浓度1.0mol/L,反应温度60℃,改性物得率为90.2%。杉树皮甲醛法改性的优化工艺条件为:反应温度60℃,HCl浓度1.0mol/L,多聚甲醛用量0.2g,得率为85.2%。杉树皮硝酸法改性的优化工艺条件为:反应温度80℃,硝酸浓度8%,反应时间15min,得率为86.6%。结合SEM和IR分析,研究结果表明,未改性树皮保持着良好的原纤结构,经改性后其纤维管状的结构均发生不同程度的破碎。经环氧氯丙烷活化改性后的树皮具有疏松、亲水性网络结构,对Cd2+、Pb2+、Ni2+、Cr3+和Cu2+吸附能力增强了41.3%、95.0%、316.7%、12.8%和0.9%;经甲醛改性后杉树皮中的单宁分子在内部形成更大的笼状分子,对Cd2+、Pb2+、Ni2+、Cr3+和Cu2+吸附能力增强了41.5%、170.9%、375%、4.5%和6.1%;经硝酸法改性后树皮的亲和性增强,对Cd2+、Pb2+、Ni2+、Cr3+和Cu2+吸附能力增强了5.2%、250.2%、1008.3%、1.7%和3.6%。可见,经上述改性后的杉树皮改性物是具有潜在应用价值的水处理材料。吸附性能测定结果表明:吸附温度、吸附剂用量、溶液pH值和吸附时间等对吸附剂吸附容量产生影响。根据杉树皮对金属离子的吸附动力学结果表明,杉树皮对Cd2+和Pb2+的吸附反应符合准一级反应动力学模型,对Ni2+、Cr3+和Cu2+的吸附符合准二级反应动力学模型。考察了杉树皮及改性杉树皮的再生性能,表明该吸附剂经再生后对金属离子仍具有较好的吸附率,再生效果较好。
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