CN103949222A - 一种丝瓜络阳离子吸附剂及其制备方法和应用 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种丝瓜络阳离子吸附剂及其制备方法和应用，具体技术方案为一种丝瓜络阳离子吸附剂，其制备方法，包括以下步骤：（1）丝瓜络的除脂处理：干燥成熟的丝瓜络切成片，置于沸水中浸泡，再用水清洗干净，之后再用蒸馏水中浸泡，最后将丝瓜络片于50℃烘干；（2）丝瓜络阳离子吸附剂制备：将除脂处理过的丝瓜络与0.2M的柠檬酸溶液按1:50的比例(w/v)混合，置于洁净器皿内烘干，然后升温至100℃酯化反应1小时，冷却后酯化丝瓜络用蒸馏水清洗除去未反应的柠檬酸，于50℃干燥至衡重。所述丝瓜络阳离子吸附剂可以应用于阳离子污水处理，尤其是对阳离子染料污水的处理。本发明制备的丝瓜络阳离子吸附剂采用环保、可降解的生物材料制成，吸附剂失效后可迅速降解，且吸附效果好，能有效去除水中阳离子染料等环境污染物。

Description

一种丝瓜络阳离子吸附剂及其制备方法和应用

技术领域

本发明涉及污水处理剂，具体为一种丝瓜络阳离子吸附剂及其制备方法，并能应用于处理阳离子污染的废水，该吸附剂采用生物材料制成可降解。

背景技术

活性炭及合成树脂吸附剂不能降解，重复使用过程中吸附能力逐渐下降，最后失效成为难以处理的固体废弃物，形成了新的污染物。需要发明一种环保、可生物降解吸附剂。

发明内容

本发明要解决的技术问题是制造出环保可降解的一种吸附剂，解决吸附剂无法降解的难题，同时具有良好的吸附效果。

本发明提出一种环保、可生物降解的丝瓜络阳离子吸附剂及其制备方法和应用，具体技术方案为一种丝瓜络阳离子吸附剂，其结构式如下：

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所述丝瓜络阳离子吸附剂的制备方法，包括以下步骤：（1）丝瓜络的除脂处理：干燥成熟的丝瓜络切成片，置于沸水中浸泡0.5小时，再用水清洗干净，之后再用蒸馏水中浸泡24小时，最后将丝瓜络片于50°C烘干；（2）丝瓜络阳离子吸附剂制备：将除脂处理过的丝瓜络与0.2M的柠檬酸溶液按1:50的比例(w/v)混合，置于洁净器皿内烘干，然后升温至100℃酯化反应1小时，冷却后酯化丝瓜络用蒸馏水清洗除去未反应的柠檬酸，于50°C干燥至衡重。步骤（1）中丝瓜络切成厚约1cm的圆形片状。

所述丝瓜络阳离子吸附剂可以应用于阳离子污水处理，尤其是对阳离子染料污水的处理。

本发明制备的丝瓜络阳离子吸附剂采用可降解的生物材料制成，吸附剂失效后可迅速降解，且吸附效果好，能有效去除水中阳离子染料等环境污染物。本发明制备的吸附剂可以替代活性炭或合成树脂吸附剂使用，消除因使用活性炭或合成树脂吸附剂产生的无法降解的新固体废弃物的问题。

附图说明

图1. 天然丝瓜络(a)和丝瓜络阳离子吸附剂(b)的红外光谱。

图2 pH对丝瓜络阳离子吸附剂吸附孔雀绿的影响。

图3 吸附剂量对丝瓜络阳离子吸附剂吸附孔雀绿的影响。

图4孔雀绿浓度对丝瓜络阳离子吸附剂附孔雀绿的影响。

图5孔雀绿在丝瓜络阳离子吸附剂上的兰格缪尔吸附等温线。

图6吸附时间对丝瓜络阳离子吸附剂吸附孔雀绿的影响。

图7 离子强度对丝瓜络阳离子吸附剂吸附孔雀绿的影响。

图8 实验原理图。

具体实施例

丝瓜络阳离子吸附剂制备及验证。

丝瓜络的除脂处理：干燥成熟丝瓜络切成厚约1cm的圆盘片，置于沸水中浸泡30分钟，用自来水彻底清洗干净后，用蒸馏水中浸泡24小时，最后将丝瓜络圆盘片烘干。

丝瓜络阳离子吸附剂制备：将处理过的丝瓜络与0.2M的柠檬酸溶液按1:50的比例(w/v)混合，置于洁净的不锈钢盘内于50℃烘干24小时，然后升温至100℃酯化反应60分钟。冷却后酯化丝瓜络用蒸馏水清洗除去未反应的柠檬酸，于50°C下干燥至衡重。实验原理如图8。

丝瓜络阳离子吸附剂红外光谱分析：分别取改性前后的丝瓜络适量，彻底剪碎，再置于玛瑙研钵中，加入高纯度溴化钾，充分研磨后用压力机压成透明薄片，用傅立叶变换红外光谱仪对样品进行FT-IR光谱分析，波数在500-4000cm^-1。天然丝瓜络和羧基丝瓜络的FT-IR光谱如图1。对比两者可看出改性丝瓜络图谱在1739cm^-1有一羰基的强伸缩振动吸收峰，很明显这一吸收峰是柠檬酸的羧基引起的。

丝瓜络阳离子吸附剂在污染物处理中的应用及验证。

取100 mL pH值≥6，适当浓度（50-500 mg﹒L^-1）的孔雀绿溶液置于250 mL的锥形瓶中，加入适量（2g﹒L^-1）丝瓜络阳离子吸附剂，密闭瓶口以防实验过程中溶液体积变化，室温条件下在调速震荡器上以150次/分的速度振荡吸附8小时，沉降或过滤所得溶液在617 nm波长下用分光光度法测定孔雀绿的剩余值，用下式计算孔雀绿的吸附量：

 q = (C ₀ -C _e )V / W

式中，q为吸附剂吸附孔雀绿的量（mg﹒g^-1），C ₀ 为溶液孔雀绿的初始浓度 (mg﹒L^-1)，Ce为吸附后溶液孔雀绿的浓度（mg﹒L^-1），V为溶液的体积（L）,W为吸附剂的量 (g)。

2.1 pH对吸附的影响。

在所有实验参数中首先考察了pH值对孔雀绿吸附的影响。从图2（染料浓度: 250 mg/l; 吸附剂量: 2 g/l; 吸附时间: 8小时）可知，pH 2时孔雀绿的吸附率最低，这是因为低pH值条件下溶液中大量的H⁺与丝瓜络阳离子吸附剂的官能团-COO^-结合成-COOH, 从而影响丝瓜络阳离子吸附剂对孔雀绿离子的吸附。在pH 2-6范围内，孔雀绿的吸附率随pH值增加而增加，pH≥6时，孔雀绿的吸附达到平衡值。故后续实验均在pH 6下进行。

2.2 吸附剂量对吸附的影响。

吸附剂量对孔雀绿吸附的影响见图3（染料浓度: 250 mg/l; 吸附时间: 8小时; pH: 6）。吸附剂量从0.25 g﹒L^-1增至2.0 g﹒L^-1时，孔雀绿吸附率由18.06%增至95.15%，此后,孔雀绿吸附达到最大值，吸附率基本不随吸附剂量的增加而改变。

2.3孔雀绿浓度对吸附的影响。

图4（吸附剂量: 2 g/l; 吸附时间: 8小时; pH: 6）显示了孔雀绿浓度对丝瓜络阳离子吸附剂吸附孔雀绿的影响结果。当孔雀绿浓度由50 mg/l增至500 mg/l时，丝瓜络阳离子吸附剂的孔雀绿吸附率从98.42减至68.52%；用兰格缪尔吸附等温线方程对图4中孔雀绿的吸附数据进行拟合，线性兰格缪尔方程有如下形式：

C _e /q _e =1/(aQ _m )+ C _e /Q _m

式中 C _e (mg/l)为吸附平衡时孔雀绿的液相浓度, q _e (mg/g)是吸附平衡时孔雀绿的吸附量, Q _m (mg/g)是孔雀绿的最大吸附量，可由C _e /q _e 对C _e 作图所得直线方程的斜率1/Q _m 取得。

从图5所得接近于1的线性相关系数（R²=0.9999）数值可见孔雀绿在丝瓜络阳离子吸附剂上的吸附符合兰格缪尔方程，由兰格缪尔吸附等温线所得直线方程的斜率1/Q _m 求得孔雀绿的最大吸附量为178.57 mg/g，说明丝瓜络阳离子吸附剂有较强的阳离子吸附能力。

2.4吸附时间对吸附的影响。

吸附时间对丝瓜络阳离子吸附剂吸附孔雀绿的影响见图6（染料浓度: 250 mg/l; 吸附剂量: 2 g/l; pH: 6）。由图中结果可见开始阶段孔雀绿的吸附是很快的，孔雀绿的快速吸附后是一个吸附速度渐慢的内扩散吸附阶段，最后孔雀绿的吸附在8小时左右达到吸附平衡。实验说明丝瓜络阳离子吸附剂对污染有效吸附时间较短，吸附污染快。

2.5离子强度对吸附的影响。

在染料溶液中加入不同浓度的NaCl来考察离子强度对孔雀绿吸附的影响。图7（染料浓度: 250 mg/l; 吸附剂量: 2 g/l; 吸附时间: 8小时; pH: 6）给出了NaCl浓度对染料吸附的影响结果。在0.0-0.4 mol/L的范围内，随着NaCl浓度的增加，孔雀绿吸附率由95.47%降低到59.92%。这是由于NaCl阻碍了染料阳离子与吸附基团的接近和结合，说明共存阳离子对丝瓜络阳离子吸附剂吸附阳离子污染物具一定影响。

由于本发明的阳离子吸附剂采用可降解的生物材料制成，吸附剂失效后可迅速降解。验证实验结果表明本丝瓜络阳离子吸附剂有良好的吸附效能力，所制备的阳离子吸附剂，在pH≥6时，能够在较短时间内，能有效去除水中较高浓度的阳离子染料等环境污染物。本发明制备的吸附剂可替代活性炭或合成树脂吸附剂，通过减少活性炭及合成树脂吸附剂的使用，解决废弃活性炭及合成树脂吸附剂无法降解造成的环保难题。

Claims (6)

1.一种丝瓜络阳离子吸附剂，其结构式如下：

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2.如权利要求1所述丝瓜络阳离子吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

(1)丝瓜络的脱脂处理：干燥成熟丝瓜络切成片，置于沸水中浸泡0.5小时，再用水清洗干净，再用蒸馏水中浸泡24小时，最后将丝瓜络片于50°C烘干；

(2)丝瓜络阳离子吸附剂制备：将除脂处理过的丝瓜络与0.2M的柠檬酸溶液按1:50的比例(w/v)混合，置于洁净器皿内烘干，然后升温至100℃酯化反应1小时，冷却后酯化丝瓜络用蒸馏水清洗除去未反应的柠檬酸，于50°C干燥至衡重。

3.如权利要求2所述丝瓜络阳离子吸附剂的制备方法，特征在于，步骤(1)中丝瓜络切成厚约1cm的圆形片状。

4.如权利要求2或3所述丝瓜络阳离子吸附剂的制备方法，特征在于，步骤(2)中器皿为不锈钢盘。

5.如权利要求1所述丝瓜络阳离子吸附剂在污水处理中的应用，其特征在于处理污水为阳离子的染料污水。

6.如权利要求5所述丝瓜络阳离子吸附剂在污水处理中的应用，其特征在于处理为含孔雀绿的染料污水。