0 引言
目前,我國重金屬離子污染十分嚴(yán)重,主 要 來 源于工業(yè)污 染、交 通 污 染 和 生 活 垃 圾 污 染 .銅是 污染源中幾 大 常 見 危 害 性 重 金 屬 之 一,對 人 體 造 血、細(xì)胞生長、生物酶的活動(dòng)、內(nèi)分泌腺功能均有影 響 .目前,廢水中的重金屬處理方法可歸納為化 學(xué)沉 積 法、離 子 交 換 法、吸 附 法、電 化 學(xué) 法、絮凝法等.
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 實(shí)驗(yàn)原料及儀器
(1)實(shí)驗(yàn)原料:微晶纖維素(MCC),化學(xué)純,成 都市科龍化工試劑廠;2-溴丙酸,98%,上海麥克林 生化科技有限公司;甲苯,分析純,國藥集團(tuán)化學(xué)試 劑有限公司;1-甲基咪唑,99%,上海麥克林生化科 技有限公司;硝酸銅,分析純,天津市大茂化學(xué)試劑廠;對甲苯磺酸,分析純,廣東省化學(xué)試劑工程技術(shù) 研究開發(fā)中心.
(2)主要儀器:傅里葉紅外光譜儀,德國布魯克 Bruker;X 射線 衍 射 儀,德 國 布 魯 克 Bruker;紫外 可見分光光度計(jì),美國安捷倫 Agilent;同步熱分析 儀,德國耐馳 NETZSCH.
1.2 實(shí)驗(yàn)方法
1.2.1 纖維素的酯化反應(yīng)
準(zhǔn)確稱量1.00gMCC、8.80g2-溴丙酸、0.07g 對甲苯磺酸和80mL甲苯一同加入100mL單口燒 瓶中,放入磁力轉(zhuǎn)子,連接分水器和冷凝管;之后將 單口燒瓶置于130℃油浴鍋中恒溫加熱.冷凝回流7 h后,打開分水器側(cè)管活塞,緩慢放出側(cè)管中甲苯-水 混合液,逐漸蒸出燒瓶中甲苯.反應(yīng)完成后,用無水 乙醇洗滌,將所得產(chǎn)物用離心機(jī)以3000r/min的速 度離心3 min.之后 置 于60 ℃真空干燥箱(上海精宏DZF-6020真空干燥箱)內(nèi)干燥 12h,最終得到改性纖維素酯(MCC-Br).
1.2.2 纖維素酯(MCC-Br)的烷基化反應(yīng)
將15mL1-甲基咪唑和1.00gMCC-Br加入 80mL乙醇中,70 ℃水浴恒溫?cái)嚢璺磻?yīng)24h后, 將粗產(chǎn)物用無水乙醇洗滌,將所得產(chǎn)物用離心機(jī)以 3000r/min的速度離心3min.之后置于60 ℃真 空干燥箱內(nèi)干 燥12h,最終得到離子液體改性微 晶纖維素(MCC-IL).
1.2.3 材料表征方法
通過 FT-IR 對樣 品 的 化 學(xué) 官 能 團(tuán) 進(jìn) 行 分 析, 掃描范圍為4000~400cm-1,分辨 率 為4cm-1; 通過 TG 對樣品進(jìn)行熱重分析,掃描 溫 度 范 圍 從 30℃~700℃,升溫速率為10℃/min;通過XRD對 樣品的晶型結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,掃描范圍是10°~70°, 掃描速度為0.1°/s.
1.2.4 改性纖維素吸附銅離子實(shí)驗(yàn)
(1)在實(shí)驗(yàn)過程中,將10mL一定濃度的銅離 子溶液和一定質(zhì)量的改性纖維素混合,靜 置24h 后,取上層吸附后溶液,利用紫外分光光度計(jì)確定 吸附后濃度.通過公式(1)計(jì)算吸附量 . Q =(C0 -Ct)V m (1) 式(1)中:Q—吸附 量,mg/g;C0—初始 濃 度, mg/L;Ct—吸附后的濃度 mg/L;V—體積,L;m— 吸附劑質(zhì)量,g.
(2)進(jìn)行單 因 素 實(shí) 驗(yàn),研 究 pH 值、時(shí) 間、初 始濃度對最大吸附量的影響以及 MCC-IL 吸附銅離 子是否具有選擇性.
2 結(jié)果與討論
通過微晶纖維素的簡單酯化和烷基化 反應(yīng)設(shè)計(jì)和制備了一種新的咪唑類離子液體官能 團(tuán)改性的生物 質(zhì) 吸 附 劑,改 性 過 程 如 圖1所 示.由于氫鍵和配位作用等,制備的吸附劑預(yù)計(jì)對銅離子 具有良好的吸附能力和選擇性.
經(jīng) 過 對 MCC、MCC-Br、MCC-IL 的 XRD分析可 知,改 性 后 纖 維 素 晶 型 與 MCC 晶 型相似,仍保留纖維素Ⅰ原有晶型結(jié)構(gòu),改性前后 纖維素均顯示纖維素特征峰:具有以2θ=22.5°為 中心的尖銳的高強(qiáng)度峰為纖維素Ⅰ型的(002)晶面 衍射峰;在14.7°和16.4°處具有兩個(gè)重疊較弱的 纖維素Ⅰ型的(101)晶面衍射峰;以及在34.2°處 較弱的峰為纖維 素Ⅰ型 的(040)晶面 衍 射 峰.表 明 咪唑類離子液體并未溶解纖維素,改性未破壞纖維 素結(jié)晶區(qū)及結(jié)晶結(jié)構(gòu) .
3 結(jié)論
通過 FT-IR、TG、XRD表征手段證明,咪唑類 離子液體官能化纖維素改性成功. 分析 MCC-IL 的吸 附 效 果,在 pH 值 為 4,吸 附劑用量為0.05g,接觸時(shí)間為24h,銅離子初始 濃度為900mg/L時(shí),MCC-IL 對銅離子溶液達(dá)到 最大 吸 附 量 為 138.3 mg/g.吸附 模 型 符 合 Lang- muir模型和偽二級動(dòng)力吸 附 模 型.通 過 與 Zn2+ 和 Ni2+ 的吸附效果對比證明了改性纖維素對銅離子 有一定的選擇性吸附作用. 纖維素的化學(xué)改性有效地改善了其吸附性能, 改性后的纖維素應(yīng)用領(lǐng)域廣泛,尤其是對重金屬的 吸附應(yīng)用領(lǐng)域 具 有 良 好 的 發(fā) 展 前 景.與 此 同 時(shí),隨 著改性方法、改性手段、改性機(jī)理的日益成熟,纖維 素作為高值化吸附分離材料將具有廣闊的發(fā)展空間.