L-纈氨酸衍生物凝膠吸附廢水中氟的研究

范玉蘭 傅世利 楊 帆 歐陽圣昳 薛 珺 李 勛

(贛南師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，江西 贛州 341000)

L-纈氨酸，具有良好的生物兼容性和低細(xì)胞毒性，苝四甲酸二酰胺是一個共軛體系，具有較好的光電學(xué)性能和較強(qiáng)的穩(wěn)定性，同時也使其具有較強(qiáng)的π-π堆積能力[1]。用L-纈氨酸衍生物制備成凝膠既能夠利用氨基酸功能團(tuán)良好的吸附性，又通過苝四甲酸二酰胺大π體系提高了其疏水性，便于吸附劑的分離、回收[2]。因此，利用L-纈氨酸衍生物具有兩親性以及較好生物兼容性的優(yōu)點，其凝膠可被應(yīng)用于吸附工業(yè)廢水中的污染物[3]。本研究利用實驗室合成的L-纈氨酸衍生物制備凝膠，通過吸附實驗研究了吸附劑用量，吸附時間、吸附溫度、廢水初始pH值對廢水中氟的吸附性能的影響。

1 實驗部分

1.1 L-纈氨酸衍生物的合成

根據(jù)課題組的合成經(jīng)驗[4]，由以下合成路線圖合成了L-纈氨酸衍生物。

圖1 L-纈氨酸衍生物(NVPD)的合成路線圖

1.2 L-纈氨酸衍生物凝膠的制備

在透明的樣品瓶中，加入0.25 mmol的L-纈氨酸衍生物，加入10 mL體積比為THF：EtOH：H2O=3：3：4混合溶劑，得到懸濁液。室溫下超聲震蕩，獲得所需的水凝膠，最后冷凍干燥得到L-纈氨酸衍生物凝膠吸附劑VP(實驗室具有成熟的制備凝膠的技術(shù)[5])。

1.3 吸附實驗

準(zhǔn)確移取100.00mL廢水于錐形瓶中，準(zhǔn)確稱取一定量的VP加入廢水中，控制反應(yīng)溫度、攪拌速度和廢水初始pH值，反應(yīng)一段時間后靜置分層，吸取一定量的上清液，用氟離子計測量濾液中的氟濃度。

(1)吸附劑質(zhì)量對廢水中氟吸附的影響

在吸附時間40 min，吸附溫度30℃，攪拌速度400rpm，廢水初始pH值6.0的條件下，分別取VP為0.1g，0.2g，0.3g，0.4g，0.5g，考察VP用量對廢水中氟含量的影響。

(2)吸附時間的影響

VP用量0.4g，吸附溫度30℃，攪拌速度400rpm，廢水初始pH值6.0的條件下，分別控制吸附時間為10min，20min，30min，40min，50min，60min，考察不同吸附時間VP對廢水中氟含量的吸附情況。

(3)溫度對吸附的影響

VP用量為0.4 g，吸附時間40min，攪拌速度300rpm，廢水初始pH值6.0的條件下，考察吸附溫度在20℃～70℃的范圍內(nèi)VP對廢水中氟的吸附情況。

(4)廢水初始pH值的影響

VP用量0.4g，吸附時間40min，吸附溫度30℃，攪拌速度400rpm，考察廢水初始pH值分別為3.0，4.0，5.0，6.0，7.0，8.0的條件下，VP對廢水中氟的吸附情況。

2 結(jié)果與討論

根據(jù)1.1和1.2制備VP凝膠，根據(jù)1.3進(jìn)行吸附實驗，L-纈氨酸衍生物凝膠對廢水中氟的吸附性能如下：

2.1 吸附劑含量對吸附的影響

根據(jù)1.3中(1)進(jìn)行吸附實驗，其結(jié)果見圖2。

圖2 VP凝膠用量的優(yōu)化

由圖2可知，廢水中的氟濃度隨著VP用量的增大而降低，當(dāng)VP用量從0g增大到0.5g時，廢水中的氟濃度由46.86mg·L-1降低至8.97mg·L-1，繼續(xù)增大VP的用量，廢水中的氟濃度持續(xù)降低，小于工業(yè)廢水中氟的排放標(biāo)準(zhǔn)[6]。因此，為節(jié)約試劑，選擇VP用量為0.4g。

2.2 吸附時間的影響

根據(jù)1.3中(2)進(jìn)行吸附實驗，其結(jié)果見圖3。

圖3 吸附時間的優(yōu)化

由圖可知，隨著吸附時間的延長，廢水中的氟濃度由46.86 mg·L-1不斷下降；當(dāng)吸附時間為10 min時，氟含量降為35.37 mg·L-1，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于廢水中氟的排放標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)吸附時間為40 min時，廢水中的氟含量為9.04 mg·L-1<10 mg·L-1，達(dá)到國家工業(yè)廢水中氟的排放標(biāo)準(zhǔn)。繼續(xù)增加吸附時間，廢水中氟含量的下降趨勢緩慢。因此，綜合考慮選擇吸附時間為40 min。

2.3 溫度對吸附的影響

根據(jù)1.3中(3)進(jìn)行吸附實驗，其結(jié)果見圖4。

圖4 吸附溫度的優(yōu)化

由圖4可知，隨著吸附溫度的升高，廢水中氟含量先下降后升高。當(dāng)溫度達(dá)到30℃時，廢水中的氟濃度降至9.12 mg·L-1，升高溫度到40℃，廢水中氟濃度基本不變，升高溫度到50℃以后，溶液中氟含量逐漸升高，這可能是VP凝膠的密度和孔徑改變導(dǎo)致的。因此，綜合考慮選擇吸附溫度為30～40℃。

2.4 廢水初始pH值的影響

根據(jù)1.3中(4)進(jìn)行吸附實驗，其結(jié)果見圖5。

圖5 廢水初始pH值對吸附的影響

由圖可知，廢水的初始pH值對廢水除氟效果的影響較大，隨著廢水初始pH值的提高，廢水中的氟濃度先降低后趨于平穩(wěn)再升高。當(dāng)廢水初始pH值為3.0時，廢水中的氟濃度為19.73 mg·L-1，隨著pH值的增大，氟含量逐漸降低，當(dāng)pH為5.0～7.0時，氟含量均小于10 mg·L-1均滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)廢水初始pH值為8.0時，廢水中的氟濃度為15.32 mg·L-1>10 mg·L-1，不滿足排放標(biāo)準(zhǔn)。因此，選擇廢水初始pH值在5.0～7.0即可。

3 結(jié)論

本研究利用實驗室合成的L-纈氨酸衍生物制備凝膠，通過吸附實驗確定該凝膠對廢水中氟的最佳吸附方式為：吸附時間40 min，吸附溫度30 ℃，攪拌速度400rpm，廢水初始pH值6.0的條件下進(jìn)行。在該條件下吸附廢水中氟，吸附率可達(dá)81%。