蔗渣基吸附剂的制备及其对CrⅥ吸附性能研究.docx

蔗渣基吸附剂的制备及其对Cr吸附性能研究 摘要 以农林生物质资源中的蔗渣为基体，支化聚乙烯亚胺为功能试剂，通过环氧氯丙烷交联的方法制备蔗渣基Cr（）吸附剂。通过FTIR、EA、TG和SEM表征了材料的化学结构和微观结构。所制备的蔗渣基Cr（）吸附剂的氨基密度为12.29mmol/g，对Cr（VI）的吸附性能良好，其最大吸附容量为167.1mg/g，50min达到吸附平衡。該研究为农林废弃物的二次利用提供了新的方法。关键词 蔗渣;Cr（）;吸附剂;制备;吸附性能TQ.424A0517-6611（2021）07-0077-04AbstractBagassebasedCr（VI）adsorbentwaspreparedbycrosslinkingepichlorohydrinwithbagasseasmatrixandbranchedpolyethyleneimineasfunctionalreagent.ThroughcharacterizedbyFTIR，EA，TGandSEM，thechemicalstructureandmicrostructurewereanalyzed.Theresultsshowedthattheaminodensityoftheadsorbentwas12.29mmol/g，andthemaximumadsorptioncapacityofCr（VI）was167.1mg/g，theadsorptionequilibriumwasreachedwithin50min.Itprovidesanewmethodfortheefficientutilizationofagriculturalandforestrywastes.KeywordsBagasse;Cr（）;Adsorbent;Preparation;Adsorptionproperties作者简介 李振兴（1986），男，广西柳城人，工程师，从事木质纤维高值化利用研究。六价铬在重金属污染中持续久、危害大，受到国内外专家学者的广泛重视1-3。水体中重金属常见的处理方法有电容去离子法、生物法、膜分离法、化学沉淀法、吸附法等4-7。吸附法由于其易于操作、经济高效的特点被广泛使用8-9，而吸附法的核心在于吸附剂。目前使用较为广泛的活性炭、膨润土、沸石等基体材料，虽吸附容量较高，但难降解，极易造成二次污染10-11。因此，开发环境友好生物质重金属吸附剂迫在眉睫。笔者以农林生物质资源中的蔗渣（BF）为基体，通过交联的方法，将含有高氨基密度的支化聚乙烯亚胺（BPEI）与蔗渣一步交联制得蔗渣基Cr（）吸附剂。1材料与方法1.1试验仪器及药品蔗渣纤维（BF，广西贵糖集团股份有限公司）;支化聚乙烯亚胺（BPEI，AR，西格玛奥德里奇（上海）贸易有限公司）;环氧氯丙烷（ECH，AR，阿拉丁试剂（上海）有限公司）;重铬酸钾（AR，天津市致远化学试剂有限公司）。傅里叶变换红外光谱仪（FTIR，VERTEX70，德国布鲁克公司）;元素分析仪（EA，PE2400，美国PE公司）;场发射扫描电镜（SEM，HitachiSU8220，日本日立公司）;同步热分析仪（TG，STA449F5，德国耐驰公司）;等离子发射光谱仪（ICP-OES，725ICP-OES，安捷伦公司）。1.2BF/BPEIA的制备用14%NaOH处理BF10min，BF与BPEI按质量比为19加入BPEI，均匀混合。滴加一定量的ECH，直至混合物凝固，取出块状物进行研磨。45下反应2h，用蒸馏水洗涤直至滤液呈中性。60烘箱中，干燥材料至恒重，标记为BF/BPEIA。1.3BF/BPEIA的结构表征方法SEM表征：取少量待测样品溶解于无水乙醇中，滴加到导电胶上干燥后进行喷金处理。热重测试（TG）：温度40600，升温速率10/min，在105时稳定30min以除去样品水分。元素分析（EA）：氧气和氦气分别作为燃烧气体和载气，半胱氨酸为标样。FTIR表征：样品和KBr的质量比为1100。1.4BF/BPEIA吸附性能测试方法按吸附要求配制不同浓度的Cr（VI）溶液，将一定量的BF/BPEIA和50mLCr（VI）溶液加入至200mL锥形瓶中，置于25恒温摇床中，反应3h后，滤液过0.22m滤膜，吸附前、后溶液中的Cr（VI）浓度用ICP-OES测试，吸附容量和去除率用公式（1）和（2）计算。2结果与分析2.1BF/BPEIA的制备2.1.1形貌分析。BF和BF/BPEIA的表面形貌如图1所示，由图1可知，蔗渣纤维呈现棒状结构，而BF/BPEIA整体呈块状。从尺寸上看，BF/BPEIA的直径大约100m，远大于BF的直径（20m），这些现象表明纤维在交联的过程中被包覆在材料的内部，形成了BF/BPEIA。2.1.2FTIR分析。图2为BF和BF/BPEIA的FTIR谱图，在BF的FTIR图谱中可以观察到纤维素的特征吸收峰：3355和1043cm-1归属于伯醇的伸缩振动;2901cm-1归属于C-H的伸缩振动;1433、1377和1317cm-1归属于羟基的面内弯曲振动;1204和1162cm-1归属于C-O-C的对称和反对称伸缩振动;896cm-1归属于-糖苷键的特征吸收峰;711和662cm-1归属于羟基的面外弯曲振动12-14。相较于BF，BF/BPEIA在3352cm-1处出现了伯氨基的伸缩振动特征峰，1631cm-1归属于伯氨基的弯曲振动，1570cm-1归属于仲氨基的弯曲振动，1046cm-1归属于C-N的伸缩振动，这些均为BPEI的特征峰15-16。BPEI成功被引入到BF上。7徐永建，賈向娟，钱鑫，等.纤维素基吸附材料的研究进展J.中国造纸学报，2016，31（3）：58-62.8WUQ，HEH，ZHOUH，etal.MultipleactivesitescellulosebasedadsorbentfortheremovaloflowlevelCu（II），Pb（II）andCr（VI）viamultiplecooperativemechanismsJ/OL.Carbohydratepolymers，2020，2332020-04-20.https：/doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.115860.9HEH，TANGHY，CHENXJ，etal.StructuredesignoflowtemperatureregenerativehyperbranchedpolyamineadsorbentforCO2captureJ.Langmuir，2018，34（47）：14169-14179.10FANXM，YUHY，WANGDC，etal.FacileandgreensynthesisofcarboxylatedcellulosenanocrystalsasefficientadsorbentsinwastewatertreatmentsJ.ACSSustainableChemistry&Engineering，2019，7（21）：18067-18075.11DENGJQ，LIXD，WEIX，etal.Hybridsilicatehydrocharcompositeforhighlyefficientremovalofheavymetalandantibiotics：CoadsorptionandmechanismJ/OL.Chemicalengineeringjournal，2020，3872020-04-20.https：/doi.org/10.1016/j.cej.2020.124097.12DENGS，ZHANGGS，CHENSW，etal.RapidandeffectivepreparationofaHPEImodifiedbiosorbentbasedoncellulosefiberwithamicrowaveirradiationmethodforenhancedarsenicremovalinwaterJ.JournalofmaterialschemistryA，2016，4（41）：15851-15860.13GUOX，XUD，YUANHM，etal.AnovelfluorescentnanocellulosichydrogelbasedoncarbondotsforefficientadsorptionandsensitivesensinginheavymetalsJ.JournalofmaterialschemistryA，2019，7（47）：27081-27088.14WANGY，DUFRESNEA，CHANGPR，etal.ReviewofcellulosenanocrystalbasedfluorophorematerialsandtheirapplicationinmetaliondetectionJ.Paper&biomaterials，2018，3（4）：45-61.15ALIZADEHGIASHIM，KHUUN，KHABIBULLINA，etal.NanocolloidalhydrogelforheavymetalscavengingJ.ACSNano，2018，12（8）：8160-8168.16GUOW，HEH，ZHUHX，etal.PreparationandpropertiesofabiomasscellulosebasedcolorimetricsensorforAg+andCu2+J.Industrialcropsandproducts，2019，137：410-418.17YANGZ，LIUHW，LIJ，etal.Highthroughputmetaltrap：SulfhydrylfunctionalizedwoodmembranestacksforrapidandhighlyefficientheavymetalionremovalJ.ACSAppliedMaterials&Interfaces，2020，12（13）：15002-15011. -全文完-