石英砂负载壳聚糖及CTAB改性麦秸秆对甲基橙和刚果红的吸附研究

摘要

本文在研究国内外大量文献的基础上采用化学和物理处理法制得石英砂负载壳聚糖(CIS)和十六烷基三甲基溴化铵改性麦秸秆(MWS)吸附剂,用红外光谱(IR)、元素分析、X射线粉末衍射光谱(XRD)和X射线荧光光谱(XRF)等方法对石英砂、CIS和改性前后麦秸秆进行了表征和分析。通过分析,认为壳聚糖已负载到石英砂上,CTAB也已进入麦秸秆结构层间。
　　 本实验分别从静态和动态两方面研究了CIS、MWS对甲基橙(MO)和刚果红(CR)的吸附行为。静态实验主要考察了吸附剂用量、溶液pH值、吸附时间、共存离子、溶液初始浓度和温度等因素的影响,并研究了两种吸附剂对MO和CR的竞争吸附、解析再生与再吸附实验。结果表明:pH=4.00时,CIS对MO和CR的吸附效果最好,MWS吸附MO和CR的最佳pH条件分别是3.00和5.00；四种体系的吸附平衡时间分别为720min、180min、520min和480min；温度升高均不利于吸附的进行,293K时CIS-MO、CIS-CR、MWS-MO和MWS-CR的单位吸附量分别是25.4mg·g-1、22.2mg·g-1、48.6mg·g-1和72.2mg·g-1；共存离子Na+和Ca2+的存在对四种体系的吸附量均有不同程度的影响；混合体系中,MO与CR存在竞争吸附,二者可同时被吸附且互相影响；CIS-MO和MWS—MO的最佳解吸再生方法是热水溶液(60℃),CIS—CR和MWS—CR用热碱溶液(0.01 mol·L-1,60℃)解吸再生效果最好；解吸再生与再吸附实验说明CIS和MWS解吸再生速度快,能循环使用,吸附-解吸-再生性能很好,具有良好的应用前景。动态吸附实验中,吸附柱高、吸附剂用量、溶液流速、初始浓度、pH值以及盐度等因素均能影响吸附柱的吸附效果。
　　 热力学分析说明本实验中的吸附反应均能自发进行,且为放热反应,吸附过程中分子的化学结构未发生明显变化；等温吸附模型中,最适于描述CIS-MO和CIS-CR吸附过程的分别是Langmuir非线性模型、Freundlich线性模型模型,Freundlich线性模型和Temkin模型均适于描述MWS-MO和MWS-CR吸附行为；使用准一级动力学、准二级动力学、Elovich和粒子内扩散模型进行了表面动力学分析,Elovich方程能最好地表述了CIS-MO、MWS-MO、MWS-CR的吸附,准二级动力学方程(线性)最适于描述CIS-CR吸附过程；动态吸附模型中的Thomas模型和Yan模型均可用于上述四种体系吸附实验的数据分析。