复配壳聚糖树脂对Cu-(2+)的等温吸附及吸附动力学研究.pdf

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2012年第19期(43)卷
复配売聚糖树脂对Cu2的等温吸附及吸附动力学研究
党明岩',郭洪敏,谭艳坤,毕韶丹
(1.沈阳理工大学环境与化学工程学院,辽宁沈阳110159
2.辽宁辐洁环保技术咨询有限公司,辽宁沈阳110031)
摘要:以活性炭和壳聚糖为复配原料合成复配壳学及其吸附机理等。
聚糖树脂,对树脂的结构进行扫描电镜和红外表征,并
研究了复配壳聚糖树脂对Cu的等温吸附动力学特
实验
性。结果表明复配改性后的壳聚糖具有多孔结构,比
仪器与试剂
表面积增大;交联反应发生在壳聚糖分子中的氨基
WQF-410傅立叶变换红外光谱仪(溴化钾压片法
羟基上;复配壳聚糖树脂对C心的吸附符合Iang-测定);S3400N扫描电镜;SP-721E型分光光度计;
nuir和 Freundlich等温吸附模型;其吸附动力学过程AB204-N型电子分析天平;PHS3C型精密酸度计
符合 Lagcrgren二级动力学方程,吸附过程容易进行。
壳聚糖(脱乙酰度高于90%):戊二.醛(50%,化学
关键词:壳聚糖;铜;吸附;动力学
纯);其它试剂均为分析纯
中图分类号:TQ424.3
文献标识码:2.2复配壳聚糖树脂的合成
文章编号:1001-9731(2012)19-2616-0
以60mL5%醋酸溶解2g壳聚糖于三颈烧瓶中
称取1g活性炭,在70℃搅拌使其混合均匀。再加
60mL成二醛,在70C下搅拌反应4h,用乙醇浸泡后
壳聚糖是广泛存在于自然界中的碱性多糖,可由用蒸馏水洗涤,过滤。称取2g硫脲,溶解后放入戊
蟹、虾壳中的甲壳素经脱乙酰化反应而制得。由于醛交联売聚糖中,水浴70C下加热搅拌4h,抽滤,反复
卮聚糖具有独特的分子结构,借分子中的羟基和氨基用乙醇和蒸馏水清洗,60C下干燥
与金属离子产生螯合作用,从而成为金属离子的良好
吸附等温线测定
吸附剂
准确称取0.5g树脂于锥形瓶中,加入20mL已知
壳聚糖直接作为金属离子的吸附剂会由于其在酸浓度的Cu2溶液,用橡胶塞塞住瓶。分别在298
性溶液中溶胀而存在着难于回收的问题,但由于壳聚308、318K恒温水浴锅中振荡,待吸附趋近平衡,在锥
糖分子内有反应活性很强的氨基和羟基,易进行交联、形瓶中取上清液,用分光光度计测其吸光度,并计算树
接枝等化学处理过程。化学改性后的产物不易溶胀,脂的吸附量。树脂吸附量的计算式如下:
机械性能良好,且对金属离子仍具有良好的吸附
(C。-C.)V
性
近年来,有很多学者致力于壳聚糖的化学改
W
性,并将改性后的壳聚糖用于重金属离子的吸附。K
式中,C。是初始浓度(mmol/L);C为平衡浓度
Fujiwara等合成赖氨酸改性壳聚糖,发现其对铂、钯、(mmol/L),为溶液体积(L);W为复配売聚糖树脂
金等贵金属具有较高的吸附容量门;曹艳等制备出了质量(g);Q为平衡吸附量(mmol/g
双二硫代氨基甲酸(DTC)接枝壳聚糖,其对重金属离
4吸附动力学实验
子Cu2、Zn2等的吸附容量优于单DTC接枝产品。
准确称取0.5g树脂于锥形瓶中,加入50mmol/l
Jusi等将壳聚糖进行化学修饰后,研究了其对Cu2+、Cu2'溶液20ml-,用橡胶塞塞住瓶。分别在298
Cd+和Ni21的吸附特征,发现改性后的壳聚糖对308、318K恒温水浴振荡,定时取样测定吸光度,直到
Cu“的吸附量较大,且等温吸附过程符合I, angmar吸附趋近平衡。用式(1)计算树脂的吸附量。
和 Freundlich等温吸附模型。但用活性炭复配壳聚
3结果与讨论
糖的改性合成及吸附性能的研究则较少报道。
本文以粉末活性炭和壳聚糖为复配原料,通过戊
树脂的扫描电镜表征
醛交联、硫脲接枝合成出吸附性能良好的新型复配
图1为壳聚糖进行复配改性前后的微观表面形态
壳聚糖树脂,用扫描电镜和红外光谱对树脂的结构进结构比较。由图1可见,壳聚糖呈现表面平整的片状
行表征,并研究了树脂对铜离子的吸附特性、吸附动力结构,而复配改性后的壳聚糖表面呈现棒状、蜂窝状的
基金项目:国家自然科学基金资助项目(51004072)
收到初稿日期:2012-0325
收到修改稿日期:2012-05-12
通讯作者:党明岩
作者简介:党明岩(1986),女,辽宁铁岭人,博士,副教授?主要从事天然高分子材料的吸附研究
党明岩等:复配壳滎糖树脂对Cu2+的等温吸附及吸附动力学研究
多孔结构,表面较粗糙,比表面积较未复配的壳聚糖明附量减小。总体上看来,酸度较低时的吸附量高于酸
显增大。
度高时的吸附量。这是由于在较低酸度下,树脂分子
链上的一NH2结合H的机会较酸度高时少,因而对
铜离子的吸附量高。而在高酸度时,螯合树脂分子链
上的一NH2结合了Ht离子,带正电荷的NH1+出现,
有碍于带正电荷的铜离子靠近螯合树脂的分子链,从
而使树脂对铜离子的吸附量减少。另一方面,由于是
通过加人盐酸而节溶液pH值,带到溶液里的氯离
子和铜离子络合与壳聚糖竞争也可能导致吸附量降
20;mn
低。而当溶液pH值过大时,会出现沉淀,影响树脂的
()亮聚糖
吸附量,因而酸度过低会导致吸附量降低
1.41
137
PH值
复配改性后的壳聚糖
图3pH值对吸附量的影响
图1壳聚糖复配改性前后的扫描电镜图
Fig 3 Influence of PH on the adsorption
Fig1 Micromorphology of the crosslinked micro-3.4等温吸附特征
sphere resin
在不同温度下,pH值=7,树脂用量为0.5g的条
3.2树脂的红外表征
件下,测定溶液中平衡质量浓度与吸附量的关系如图
由图2可见,戊二醛交联后的壳聚糖在2249cm
4所示。
出现C-N伸缩振动吸收峰,在3416cm1附近出现
1.6?425℃
35℃
O-H、N-H伸缩振动吸收峰,在2830cm~1附近出
现C一H伸缩振动吸收峰,在1625cm附近出现
1'
N伸缩振动吸收峰,说明氨基和羟基参加了交联
0.8
反应;同时在1420cm'附近出现CH2弯曲振动吸收
?0.6
峰,在1074cm附近出现C一QH伸缩振动吸收峰,
0.2
说明戊二醛与売聚糖已顺利进行了交联反应。
05101520253035
120?(?交联前
离子浓度CJm?lL1
10?(?)交联后
图4等温吸附曲线
Fig 4 Adsorption isotherms
gEEv四
由图4可见,吸附量随着温度的升高而增加,可见
该吸附过程为吸热过程。随着溶液中铜离子平衡浓度
的増大,吸附量也相应地增大。当溶液铜离子平衡浓
度较低时,树脂对其吸附量增加较快,当溶液铜离子平
30002500200015001000
衡浓度达到一定数值时,吸附量增加得较为缓慢。
Wavenumbers/Cm-1
图2壳聚糖交联前后的红外光谱图
为了进一步研究树脂吸附铜离子的吸附行为,用
Fig2