蛋殼膜生物材料和粉末活性炭對(duì)砷、鉻的吸附及其應(yīng)用研究.pdf

1、重金屬砷、鉻對(duì)環(huán)境污染已經(jīng)成為當(dāng)前不可忽視的問題，尤其是天然水體中砷、鉻的污染問題一直是世界關(guān)注的熱點(diǎn)。到目前為止，全世界有許多國家報(bào)道了關(guān)于飲用水中砷、鉻污染事件。由于自然現(xiàn)象和人類活動(dòng)，如風(fēng)化反應(yīng)、工業(yè)污染以及含砷、鉻化合物的大量使用，通過遷移轉(zhuǎn)化、聚集等途徑將砷、鉻引入到環(huán)境中，危及到人類健康和環(huán)境安全。因此，準(zhǔn)確檢測(cè)水體中砷、鉻濃度，砷、鉻的去除技術(shù)成為分析化學(xué)和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的重要研究課題之一。
　　 本論文主要研究了基

2、于蛋殼膜生物材料作為固相萃取吸附劑聯(lián)合原子熒光光譜法檢測(cè)環(huán)境水樣中的五價(jià)砷，探討了蛋殼膜生物材料吸附六價(jià)鉻的機(jī)理以及考察了粉末活性炭對(duì)六價(jià)鉻吸附的影響因素及吸附等溫線研究。
　　 1.由于蛋殼膜具有獨(dú)特的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，表面富含氨基、酰胺等官能團(tuán)，對(duì)五價(jià)砷具有獨(dú)特的吸附潛力。文章將蛋殼膜生物材料固相萃取法與氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法相結(jié)合，建立了測(cè)定環(huán)境水樣中五價(jià)砷的分析方法。優(yōu)化得到的最佳固相萃取條件為：硝酸濃度和體積分別為2mol

3、/L和6mL，樣品溶液酸度為pH 11，樣品溶液流速為3mL/min，蛋殼膜的用量為1000mg，樣品溶液體積為200mL，鹽度也被優(yōu)化并詳細(xì)考察了共存離子的干擾。在優(yōu)化的條件下，蛋殼膜對(duì)As(Ⅴ)的飽和吸附能力為3.9μg/g。分析方法的線性范圍為0.005-2μg/L，砷的檢出限(3σ)和富集倍數(shù)分別為0.001μg/L和33.3，在As(Ⅴ)的濃度水平為0.6μg/L時(shí)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)是2.1％(n=11)。在砷的濃度水平

4、為0.5μg/L時(shí)，對(duì)同一柱子和三根相同柱子分別進(jìn)行重現(xiàn)實(shí)驗(yàn)，天間和柱間的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)分別為2.6％和4.3％，天間和柱間的精密度小于5％表明柱子滿足重現(xiàn)性要求。將建立的分析方法應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)參考水樣、自來水、河水、湖水、生活污水及人工濕地水樣的分析測(cè)定。富集模擬天然水中的砷濃度和標(biāo)準(zhǔn)值一致，As(Ⅴ)的加標(biāo)環(huán)境水樣回收率在98％-113％之間，結(jié)果表明該分析方法滿足砷分析要求。該研究拓展了生物材料蛋殼膜的應(yīng)用范圍，為新型固相萃取

5、吸附劑的研究開辟了方向，具有較重要的理論意義和廣闊的應(yīng)用前景。
　　 2.初步探討了蛋殼膜生物材料作為吸附材料，通過小試搖瓶實(shí)驗(yàn)，對(duì)水中Cr(Ⅵ)的吸附性能進(jìn)行系統(tǒng)研究。主要結(jié)論如下：
　　 (1)在pH值為2-10范圍內(nèi)，蛋殼膜對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附過程：HCrO4-與蛋殼膜表面帶正電荷的酰胺基先發(fā)生靜電吸引，通過電子轉(zhuǎn)移使Cr(Ⅵ)轉(zhuǎn)化為Cr(Ⅲ)，Cr(Ⅲ)再被蛋殼膜表面的功能基團(tuán)被吸附在其表面。
　　 (2)

6、增加蛋殼膜用量，由于總的蛋殼膜表面活性位點(diǎn)增多使Cr(Ⅵ)的去除效率增加。
　　 (3)蛋殼膜對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附在120min內(nèi)達(dá)到吸附平衡，表明吸附過程為快速吸附。
　　 (4)陰離子和腐殖酸(HA)的加入，在蛋殼膜表面與Cr(Ⅵ)之間產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，導(dǎo)致對(duì)Cr(Ⅵ)的吸附量下降。
　　 (5)吸附動(dòng)力學(xué)研究表明蛋殼膜吸附Cr(Ⅵ)適宜用準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型擬合，隨著溫度升高和Cr(Ⅵ)初始濃度的增加，初始吸附速率V

7、0和準(zhǔn)二級(jí)反應(yīng)速率常數(shù)k2均升高。
　　 (6)三種溫度條件下(25℃、35℃、45℃)，蛋殼膜生物材料去除Cr(Ⅵ)等溫線適宜用Langmuir模型描述；25℃、35℃和45℃的吉布斯自由能分別為-5.47KJ/mol、-4.81 KJ/mol和-2.64 KJ/mol，表明蛋殼膜吸附Cr(Ⅵ)是自發(fā)過程；焓變值為-49.83 KJ/mol表明吸附過程是向外界放熱過程。
　　 3.采用粉末活性炭作為吸附材料，通過小試搖

8、瓶實(shí)驗(yàn)考察粉末活性炭對(duì)水中Cr(Ⅵ)的去除?？疾炝寺然c(NaCl)、腐殖酸(HA)和十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)對(duì)粉末活性炭吸附Cr(Ⅵ)的影響及其吸附機(jī)理，用Freundlich和Langmuir等溫模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。主要實(shí)驗(yàn)結(jié)論如下：pH值對(duì)粉末活性炭吸附Cr(Ⅵ)的影響較大；溫度對(duì)粉末活性炭吸附Cr(Ⅵ)影響不大；十六烷基三甲基溴化銨和腐殖酸能夠增加粉末活性炭吸附Cr(Ⅵ)的能力；隨著不同濃度的NaCl加入，降低粉末活