滴加成球法制备壳聚糖交联树脂及其对六价铬吸附性能的研究

摘要

壳聚糖树脂是可用于处理污水中重金属的高效生物吸附材料。壳聚糖来源广泛,具有很好的生物相容性和降解性,对重金属的吸附效果好。目前合成壳聚糖树脂常用的方法是悬浮交联法,其方法步骤繁琐,需要使用大量的化学试剂。
　　 本文自制了一种合成壳聚糖树脂的装置,采用改进的滴加成球法合成壳聚糖树脂,研究了壳聚糖-乙酸溶液的浓度和通气速度对树脂成球的影响。使用环氧氯丙烷对树脂进行交联,研究了交联过程中交联时间和环氧氯丙烷的加入量对树脂吸附容量的影响,并对制备的树脂进行了结构的表征分析。还研究了壳聚糖交联树脂对六价铬的吸附效果,探讨了溶液的pH值、吸附时间、温度、初始浓度等因素对其吸附性能的影响,得到了壳聚糖交联树脂吸附Cr(Ⅵ)的最佳条件。最后,根据壳聚糖交联树脂对Cr(Ⅵ)的吸附实验结果,研究了吸附过程中的热力学和动力学,进一步探讨了壳聚糖交联树脂对Cr(Ⅵ)的吸附机理。主要研究结果如下：⑴自制了一种合成壳聚糖交联树脂的装置,使用该装置可以得到球形均匀,粒径可控且分布窄的壳聚糖树脂。⑵当壳聚糖-乙酸溶液的浓度为3％,装置上环形喷气口处的气流速度为0.6m3.h-1时,可合成符合要求的壳聚糖树脂。壳聚糖交联树脂的最佳交联条件为:5ml湿态的壳聚糖树脂,2ml的环氧氯丙烷和20ml的去离子水在80℃下交联6h。⑶通过对壳聚糖交联树脂的表征分析,可知壳聚糖分子中的氨基和少量的羟基参与了与环氧氯丙烷的交联反应,制备的壳聚糖交联树脂的比表面积为1.59m2.g-1,平均孔径为20nm,平均粒径为0.2mm。⑷壳聚糖交联树脂对Cr(Ⅵ)吸附的最佳条件是:溶液的pH为3,吸附温度为25℃,吸附时间为2h,Cr(Ⅵ)的初始浓度为120mg.L-1,壳聚糖交联树脂投加量为1g.L-1。在此条件下进行吸附,最大吸附容量为72mg.g-1。⑸在25、40、55℃的吸附温度下,壳聚糖交联树脂对Cr(Ⅵ)的吸附符合Pseudo second-order动力学方程,其相关系数分别为0.9994、0.9993和0.9995。在30、40、50℃的吸附温度下,壳聚糖交联树脂对Cr(Ⅵ)的吸附符合Langmuir吸附等温方程,其相关系数分别为0.9964,0.9976和0.9984。⑹壳聚糖交联树脂对Cr(Ⅵ)的吸附可分为三个阶段,第一阶段为树脂外的扩散阶段,第二阶段是树脂内部的扩散阶段,第三阶段是Cr(Ⅵ)与树脂内的活性位点(-NH2)之间的反应阶段。这表明溶液中Cr(Ⅵ)的去除是物理吸附和化学吸附共同作用的结果。⑺通过计算壳聚糖交联树脂对Cr(Ⅵ)的吸附过程中的热力学参数,可以得出树脂对Cr(Ⅵ)的吸附为吸热反应,升温有利于吸附的进行。而且,该吸附过程是非自发进行的反应过程。