海藻酸钙/甲基纤维素温敏性凝胶小球的制备及其吸附与再生性能

【摘要】：由于工业的快速发展,有机染料和重金属的使用量迅速增长,由此而导致的污染给人类的生存与健康带来了严峻的挑战,有机染料和重金属废水污染的去除已经成为当前亟待解决的环境问题。吸附法的优点在于吸附效率高、操作简单、处理成本低、吸附材料的种类多,从而逐渐成为处理废水研究中的热点。本论文将海藻酸钠与温敏性甲基纤维素通过共混改性,制备出了一种在低温下对亚甲基蓝和Ni(II)具有良好吸附能力,在高温下拥有良好脱附性能,同时易于从水体中分离并且再生性能较好的吸附温敏性凝胶小球。本论文对海藻酸钙/甲基纤维素温敏性凝胶小球的制备条件、吸附性能及脱附性能进行了研究。实验结果表明,在原料配比mMC:mSA为0.1：0.1(g：g),氯化钙质量分数为5%,转速为200 r·min~(-1),钙化时间为240 min,溶解温度为30℃时,制备出的海藻酸钙/甲基纤维素凝胶小球,其强度及吸附温敏性能综合最优,强度为2.12 N,在30℃与60℃时该凝胶小球对亚甲基蓝的去除率差值为57.5%。分别采用质量分数均为1%的氯化钙、乳酸钙和乙酸钙水溶液对吸附亚甲基蓝后的海藻酸钙/甲基纤维素凝胶小球进行脱附,脱附率分别为90.5%、87.8%和83.8%。氯化钙对凝胶小球在30℃和60℃进行脱附达到平衡的时间均为15min,而乳酸钙和乙酸钙在30℃时达到脱附平衡需要30 min,在60℃时,达到脱附平衡需要15 min。用氯化钙作为脱附剂对凝胶小球进行脱附与重复吸附实验后第一次与第五次的吸附量分别为73.7 mg·g~(-1)、73.1 mg·g~(-1),仅相差0.6 mg·g~(-1)；用乳酸钙作为脱附剂时第一次与第五次的吸附量相差2.3 mg·g~(-1)；乙酸钙作为脱附剂时,第一次与第五次的吸附量相差5.3 mg·g~(-1),说明海藻酸钙/甲基纤维素凝胶小球具有很好的重复使用性。在海藻酸钙/甲基纤维素凝胶小球用量为2 g·L~(-1)、Ni(Ⅱ)初始浓度为30 mg·L~(-1)、温度为30。C时,对Ni(Ⅱ)的去除率为65.9%。海藻酸钙/甲基纤维素凝胶小球对Ni(Ⅱ)的吸附在45 min时就能达到平衡；温度升高,凝胶小球对Ni(Ⅱ)的平衡吸附量降低。海藻酸钙/甲基纤维素凝胶小球吸附Ni(Ⅱ)的最佳pH为8,吸附量随初始浓度的增大而增大。利用准一级方程、准二级方程和Bangham方程三种动力学模型,Langmuir方程、Freundlich方程、Temkin方程和D-R方程四种等温吸附模型及热力学模型来分析海藻酸钙/甲基纤维素温敏性凝胶小球对Ni(Ⅱ)的吸附机理。结果表明：该吸附剂对Ni(Ⅱ)的吸附符合准二级吸附动力学模型和Langmuir等温吸附模型,在实验温度30-60。C范围内,吸附焓△H、吸附熵△S均为负值,吸附是放热、熵减少的过程,升高温度对吸附不利。