Fe3O4改性壳聚糖对水中Cr(Ⅵ)的吸附研究.docxVIP

? ? Fe3O4改性壳聚糖对水中Cr(Ⅵ)的吸附研究 ? ? 张丽芳，武 欢，张 乐 (沈阳理工大学环境与化学工程学院，沈阳 110159) 矿业、冶金、制革、电镀等行业重金属废水排放不断增长，生态环境面临重金属污染风险日益加大。 废水中的重金属离子无法降解，同时还可在食物链中富集，甚至在人体内蓄积，危害人类健康[1-2]。 传统重金属离子处理方法包括化学沉淀、吸附、离子交换、电化学法及膜交换等[3-4]。吸附法因其高效、价廉以及操作简便等特点，在重金属废水治理中得到广泛关注[5-6]。 壳聚糖为绿色环保的天然高分子材料，来源广泛，是一种良好的重金属吸附材料，其分子链上存在大量的氨基(—NH2)及羟基(—OH)等活性官能团，可作为吸附重金属离子的活性位点[7-8]。壳聚糖虽然具有吸附性，但其对重金属离子吸附能力有限，对壳聚糖进行适当改性，提高其吸附性能成为当下研究热点。 目前，壳聚糖物理改性一般是通过制备微球、薄膜等方法改变壳聚糖的物理特性；化学改性是通过与其他物质反应而改变其物理及化学性能，常用的化学改性方法有季铵盐化、交联化、烷基化等[9-11]。 冯辉霞等[12]用硅藻土改性壳聚糖，制备了硅藻土复合磁性壳聚糖，与未改性壳聚糖相比，其对Cr(Ⅵ)的吸附效果显著提升。 赵娜等[13]采用滴加成球方法制备了壳聚糖交联螺旋藻小球，将其用于吸附Cr(Ⅵ)，实验结果表明吸附效果良好。 王丽丽等[14]利用聚乙烯亚胺对壳聚糖进行接枝改性，并用于多种金属离子的吸附，研究结果表明其对Cu(Ⅱ)的吸附效果最好，吸附量可达53.76mg/g。 高爱莎等[8]利用天冬氨酸通过酯化反应改性壳聚糖，制备的改性磁性壳聚糖对Cd(Ⅱ)具有较好的去除效果。 为提高壳聚糖的吸附性能，本文采用物理化学改性，利用超声协同Fe3O4改性壳聚糖。 本文创新之处在于壳聚糖无需纳米化，也无需步骤复杂的接枝或酯化等化学改性，仅需超声破碎后一步交联即可，过程简单，易于控制。 首先对壳聚糖进行超声破碎，然后以戊二醛为交联剂，将Fe3O4负载到壳聚糖上；采用扫描电镜、红外光谱以及X射线衍射等对改性壳聚糖表征分析；考察Fe3O4用量、交联剂用量等因素对Fe3O4改性壳聚糖吸附能力的影响。 1 实验部分 1.1 实验主要试剂与原料 氢氧化钠、冰乙酸、硫酸、无水乙醇、二苯碳酰二肼、重铬酸钾、三氯化铁(FeCl3·6H2O)、七水合硫酸亚铁(FeSO4·7H2O)，均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司；戊二醛，分析纯，天津市大茂化学试剂厂。 壳聚糖，商品级(脱乙酰度≥90%)，桓台县金湖甲壳制品有限公司。 1.2 实验方法 1.2.1 Fe3O4改性壳聚糖的制备 分别将浓度为0.5mol/L 的FeSO4·7H2O 和0.5mol/L 的FeCl3·6H2O 溶液，按Fe2＋与Fe3＋物质的量比为1∶2 混合，迅速加入氢氧化钠溶液，调节pH 值为13 ～14，密封；在130r/min、75℃水浴振荡器(SHA-C 型，常州国华电器有限公司)中振荡反应1h，然后移入75℃烘箱(101-2AB 型，天津市泰斯特仪器有限公司) 内晶化1h； 在8000r/min下离心洗涤至中性，无水乙醇脱水，得Fe3O4粉末。 将0.4g 壳聚糖溶解于2%的乙酸溶液中，在超声波细胞粉碎机(Scientz-ⅡD，宁波新芝生物科技股份有限公司)中破碎一定时间，移取一定体积的2.5%戊二醛溶液，加入一定质量的Fe3O4粉末，充分混匀，静置2h；将混合液用注射器缓慢滴入到1mol/L 的氢氧化钠溶液中，静置20min，用去离子水多次洗涤直至中性，烘干，得Fe3O4改性壳聚糖备用。 1.2.2 改性壳聚糖对Cr(VI)的吸附 将50mg Fe3O4改性壳聚糖置于50mL、浓度和pH 值已知的Cr(VI)溶液中，在温度为30℃(另有说明除外)、转速为130r/min 的恒温振荡器中吸附。 待吸附达到平衡后，过滤，上清液中Cr(VI)的浓度测定采用二苯碳酰二肼分光光度法[15]，重复测定三次取均值。 溶液中Cr(VI)的去除率和吸附量的计算公式如下。 式中：r为去除率，%；C0和Ce分别为Cr(VI)的初始浓度和吸附平衡时的浓度，mg/L；qe为平衡吸附量，mg/g；V为溶液体积，L；m为改性壳聚糖的质量，g。 1.2.3 材料的表征 采用美国赛默飞世尔科技公司Nicolet6700型傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)对Fe3O4及改性前后的壳聚糖结构进行表征，溴化钾压片制样，测量波数范围为4000 ～500cm-1，扫描32 次；采用日立S-3400N 型扫描电镜(SEM)测定Fe3O4及改性前后的壳聚糖形貌；采用德国布鲁克D8 Advance X 射线衍射仪(XRD)进行物相分析，衍射角扫描范围为5 ～9