污水處理中二醛纖維素對(duì)Cu（II）、Cr（VI）、Zn（II）的吸附性能研究

李尚優(yōu) 曹龍?zhí)?/p>

摘 要：采用高碘酸鈉溶液對(duì)棉纖維進(jìn)行選擇性氧化制得二醛纖維素，運(yùn)用二醛纖維素對(duì)不同重金屬離子溶液做吸附性能測(cè)試。研究結(jié)果表明，二醛纖維素對(duì)Cu（II）、Cr（VI）、Zn（II）等重金屬離子有良好的吸附作用。

關(guān)鍵詞：纖維素 氧化 重金屬離子 吸附性能

中圖分類號(hào)：Q5.1 T3101 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2013）03（a）-0-04

隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，工業(yè)化帶來的環(huán)境污染越來越嚴(yán)重，許多重金屬離子污染物被排入江流河海和滲入土壤深層。重金屬離子難以被自然降解，可長期潛伏在土壤和水中，并隨食物鏈進(jìn)入植物體、動(dòng)物體甚至人體，在人體內(nèi)不斷蓄積從而危害人體健康，當(dāng)前越來越多的重金屬中毒事件充分說明了這一點(diǎn)。因此，工業(yè)廢水廢渣中重金屬離子的去除和回收再利用顯得尤為重要[1-2]。

常用去除污水中重金屬離子的方法主要有氧化還原、化學(xué)沉淀、離子交換、吸附、膜分離等。活性炭和各種離子交換樹脂作為常用的吸附劑和離子交換劑，其價(jià)格昂貴且不易再生。

纖維素基吸附材料用作吸附、分離、提取過度重金屬離子和貴重金屬離子，從經(jīng)濟(jì)和環(huán)境保護(hù)角度都具有十分重要的意義。一是纖維素是自然界中最為豐富的可再生生物質(zhì)資源，具有環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)；另一方面，纖維素來源廣泛且價(jià)格低廉，棉花、木材、竹子、麻以及各種植物的秸稈、殼皮等都是纖維素的重要來源[3-6]。

但自然界中獲得的各種纖維素材料，如棉、麻纖維以及各種秸稈中提取的纖維素因具有較高的結(jié)晶度，纖維素大分子排列緊密，葡萄糖上眾多羥基間形成了大量的分子間和分子內(nèi)氫鍵，從而影響了纖維素材料對(duì)重金屬離子的吸附性能。

目前使用較多的是纖維素基衍生物材料，其中氧化纖維素因在制備過程中破壞了纖維素內(nèi)的氫鍵等次價(jià)鍵，使大分子結(jié)構(gòu)更加松散，同時(shí)在纖維素大分子鏈上引入活性醛基或活性羧基，從而具有更加突出的吸附性能。

我們選用高碘酸鈉溶液氧化棉纖維素的方法制備氧化纖維素，氧化后纖維素上的醛基基團(tuán)對(duì)污水中的重金屬離子具有良好的吸附作用。同時(shí)，氧化后的高碘酸鈉溶液經(jīng)簡單處理后可重復(fù)利用。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)材料與藥品

精煉后棉纖維；高碘酸鈉，丙三醇，氫氧化鈉，鹽酸，氯化銅，氯化鋅，鉻酸鈉等均為AR級(jí)。

1.2 樣品制備

（1）氧化纖維素制備

稱取一定質(zhì)量的棉纖維，置于棕色錐形瓶中，加入適量一定濃度的高碘酸鈉溶液，在一定溫度下持續(xù)攪拌避光氧化一定時(shí)間，然后將反應(yīng)后的棉纖維于0.1 mol/L丙三醇水溶液中浸泡半小時(shí)（除去未反應(yīng)的高碘酸鈉），再用去離子水充分清洗后浸泡24 h（以充分去除氧化劑和丙三醇），最后干燥平衡后封袋保存待用。

（2）吸附試驗(yàn)

1.3 測(cè)試儀器及方法

1.3.1 氧化纖維素醛基含量測(cè)定

2.1.2 紅外光譜分析

高碘酸鈉選擇性氧化棉纖維素的反應(yīng)方程式如圖2所示。棉纖維素大分子的基本結(jié)構(gòu)單元為葡萄糖，高碘酸鈉選擇性氧化棉纖維時(shí)，將纖維素大分子葡萄糖環(huán)C2-C3鍵劈開，兩個(gè)仲羥基被氧化成醛基，得到二醛纖維素。同時(shí)，高碘酸鈉中的高碘酸根被還原生成亞高碘酸根，經(jīng)氧化處理后，亞高碘酸根能重新轉(zhuǎn)化成高碘酸根，因此，高碘酸鈉能夠重復(fù)使用。

2.2 氧化條件優(yōu)化

2.2.1 高碘酸鈉濃度的影響

2.2.2 氧化溫度的影響

2.2.3 氧化時(shí)間的影響

氧化纖維素中醛基上的未成對(duì)的孤對(duì)電子可與重金離子形成絡(luò)合物，同時(shí)，氧化纖維素中處于臨位的二醛基具有明顯二齒螯合效應(yīng)。但當(dāng)氧化時(shí)間大于一定值后，氧化纖維素對(duì)重金屬離子的吸附能力達(dá)到一個(gè)相對(duì)平衡值，這是由于低氧化程度下，棉纖維表面不斷出現(xiàn)的剝蝕刻痕有利于高碘酸根向纖維素內(nèi)部滲透和發(fā)生氧化反應(yīng)；而隨著纖維素中醛基含量的增大，其與鄰近位置上羥基形成的半縮醛結(jié)構(gòu)增多，同時(shí)醛基的增多也增加了氫鍵等次價(jià)結(jié)構(gòu)的形成，從而產(chǎn)生收縮和褶皺，一是醛基含量相對(duì)減少，二是纖維結(jié)構(gòu)變得密實(shí)，兩者都對(duì)氧化纖維素重金屬離子的吸附性能產(chǎn)生弱化作用。

2.3 吸附條件優(yōu)化

3 結(jié)語

（1）棉纖維素經(jīng)高碘酸鈉溶液氧化后可獲得二醛纖維素，其醛基含量主要受高碘酸鈉質(zhì)量濃度、氧化時(shí)間和氧化溫度影響。結(jié)合氧化纖維素對(duì)重金屬離子的吸附性能，較優(yōu)氧化工藝為：氧化時(shí)間24 h、氧化溫度45 ℃、高碘酸鈉溶液濃度10.7 g/L。

（3）當(dāng)氧化程度較低時(shí)（高碘酸鈉質(zhì)量濃度和氧化溫度較低、氧化時(shí)間較短），棉纖維素表面出現(xiàn)剝蝕刻痕，對(duì)氧化纖維素醛基含量的增加和重金屬離子吸附能力的提升有利；當(dāng)氧化程度加深后，棉纖維素氧化得到的二醛可與纖維素大分子中未被氧化的羥基發(fā)生羥醛縮合而形成半縮醛，纖維縱向出現(xiàn)收縮、褶皺，從而影響重金屬離子的吸附性能。

（4）氧化纖維素在偏離中性溶液中的穩(wěn)定性不佳，所以中性的重金屬離子溶液有利于氧化纖維素吸附性能的發(fā)揮。

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