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壳聚糖金属配合物吸附去除水中六价铬的研究

王何灵  
【摘要】:Cr(Ⅵ)毒性强,极易溶于水,通过食物链在生物体内富集,对人体危害极大,是国际公认的3种致癌金属物之一,对Cr(Ⅵ)去除的研究刻不容缓。壳聚糖(Chitosan, CS)因其来源广泛、成本低廉、不易造成二次污染等优点,在水处理中正不断受到研究人员的重视,是理想的重金属吸附剂。 本研究利用壳聚糖与Fe(III)之间的配位作用,制备了壳聚糖金属配合物Fe-CS,同时用乙酸代替Fe(Ⅲ),制备交联壳聚糖ACOH-CS.以Fe-CS和ACOH-CS为吸附剂对水溶液中的Cr(Ⅵ)进行有效吸附。并使用X射线光电子能谱(XPS)对Fe-CS配合物、吸附Cr(Ⅵ)后Fe-CS配合物、脱附后Fe-CS配合物进行表征。结果如下: (1)经过拟合的t/Qt-t吸附动力学曲线,线性相关性很好,符合拟二级吸附动力学方程。Cr(Ⅵ)浓度在50-200mg/L,Fe-CS的吸附速率相当于ACOH-CS的具体数值倍。Fe-CS对Cr(Ⅵ)的吸附速率常数k2大小顺序为:k2.50k2.100k2-200,Fe-CS对50 mg/L Cr(VI)的吸附速率最大,达到6.66 min-1.g/mg。 (2)30℃时,当Cr()起始浓度在0-200 mg/L范围内,吸附达到平衡时,Fe-CS吸附量随着Cr()溶液初始浓度的增加而增大。在30℃时的最大吸附饱和量为145mg/g。 (3)Fe-CS具有耐酸性,在pH较低条件下也具有良好的吸附性能,pH为4时,Fe-CS对200mg/L Cr(VI)的吸附量为94.68 mg/g,为相同pH条件下ACOH-CS吸附量的1.65倍。 (4)Cr(Ⅵ)溶液中有共存离子时,共存阳离子未对吸附产生抑制作用,5种常见阳离子Na+、Mn2+、Ca2+、Mg2+、Cu2+以一定浓度存在时,对Fe-CS吸附Cr(Ⅵ)的影响不大。 (5)XPS显示,壳聚糖中的-NH2基团与Fe(Ⅲ)发生了配位反应,Fe-CS配合物中铁为三价铁;Fe-CS上吸附的Cr由六价还原为三价。Fe-CS形成及吸附Cr(Ⅵ)过程中,C原子没有发生配位作用。根据相应数据推测Fe-CS对水溶液中的六价铬高效吸附主要机制为配合物中的三价铁和质子化氨基-NH3+与Cr2072-之间发生的静电作用。 结果表明,壳聚糖金属配合物Fe-CS是吸附去除水中Cr(Ⅵ)的良好吸附剂。


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