堿木質(zhì)素胺的合成及對重金屬離子的吸附性能.pdf

1、堿木質(zhì)素是我國造紙工業(yè)重要的副產(chǎn)物,目前利用率較低,本論文以堿法制漿廢液中得到的麥草堿木質(zhì)素為原料,針對目前廢水中重金屬離子污染的問題,分別采用了Mannich反應(yīng)和固載化兩種方法合成出了谷氨酸基木質(zhì)素胺(GA-LA)和二乙烯三胺基木質(zhì)素胺(DETA-LA)兩種重金屬離子吸附劑。采用紅外光譜、元素分析、核磁共振波譜等多種檢測手段,分析了產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)特征;并研究了合成過程中各種影響因素對產(chǎn)物制備的影響;在重金屬離子污染物模擬水樣中分別測定了

2、GA-LA和DETA-LA對Cu2+、Pb2+、Cd2+和As3+的吸附性能,并進一步探討了可能的吸附機理。
　　 以產(chǎn)物含氮量為指標(biāo)獲得GA-LA的較佳合成條件:n(木質(zhì)素):n(甲醛):n(谷氨酸鈉)=1.0:1.5:1.0(摩爾比),70℃下反應(yīng)4.0h,此時GA-LA的氮含量為2.62％,結(jié)合FT-IR分析結(jié)果表明谷氨酸已接枝到木質(zhì)素上。
　　 在金屬離子污染物模擬水樣中,分別測定了GA-LA對Cu2+、Pb2+

3、、Cd2+和As3+的吸附性能,結(jié)果表明:GA-LA對四種離子均有較好的吸附作用,對Cu2+、Pb2+、Cd2+和As3+的吸附容量分別為11.10mg/g、85.25mg/g、3.58mg/g和9.36mg/g,相同條件下堿木質(zhì)素的吸附容量分別為5.84mg/g、35.07mg/g、1.57mg/g和3.51mg/g,相比較改性后產(chǎn)物的吸附性能有了較大改善。Cu2+、Pb2+、Cd2+和As3+在GA-LA上達到吸附平衡時間分別為4.

4、0h、3.0h、4.0h和4.0h;pH值為5左右時,GA-LA對Cu2+和Pb2+的吸附容量最大;隨著溫度升高,Cu2+和Pb2+在GA-LA上的吸附容量均增大,說明吸附過程是吸熱反應(yīng),可能發(fā)生化學(xué)吸附。
　　 25℃時,Cu2+和Pb2+在GA-LA上的吸附等溫線均符合Langmuir方程,GA-LA對Cu2+和Pb2+的吸附以單分子層化學(xué)吸附為主;Cu2+可能與引入的谷氨酸中的N、O基團發(fā)生配位絡(luò)合,形成配位體,也有可能與

5、原有的羥基和引入的羧基發(fā)生離子交換;對Pb2+的吸附可能以羧基離子交換的作用為主,同時也存在著與胺基的配位絡(luò)合。
　　 采用環(huán)氧化木質(zhì)素法合成DETA-LA,FT-IR和1H NMR光譜表征了產(chǎn)物結(jié)構(gòu);通過單因素實驗,得出的較佳合成條件為;二乙烯三胺用量為30.0mL,環(huán)氧化木質(zhì)素為1.0g,氫氧化鈉(溶劑,質(zhì)量分數(shù)為16.7％)用量為30.0mL,在50℃下反應(yīng)3.0h,元素分析產(chǎn)物含氮量為5.12％。
　　 用靜態(tài)吸

6、附實驗法測定了DETA-LA對金屬離子污染物模擬水樣里Cu2+、Pb2+、Cd2+和As3+的吸附性能,結(jié)果表明:DETA-LA氮含量與其對Cu2+和Pb2+的吸附容量呈正相關(guān);DETA-LA對廢水中離子態(tài)的Cu2+、Pb2+、Cd2+和As3+均有良好的吸附性能,25℃時,DETA-LA對Cu2+、Pb2+、Cd2+和As3+的吸附容量分別為40.59mg/g、161.97mg/g、5.37mg/g和10.38mg/g,相同條件下堿木

7、質(zhì)素對Cu2+、Pb2+、Cd2+和As3+的吸附容量分別為5.84mg/g、35.07mg/g、1.57mg/g和3.51mg/g,可以看出改性后堿木質(zhì)素吸附容量有較大的提高;DETA-LA對Cu2+和Pb2+的吸附在開始的1.0～2.0h速度很快,吸附平衡時間分別為3.0h和4.0h,而Cd2+和As3+在DETA-LA上達到吸附平衡時間均約為4.0h,吸附過程較短,易于達到吸附平衡;DETA-LA對Pb2+的吸附容量隨pH的升高逐

8、漸增大,在pH為4.5左右吸附量最大,可能與氨基的離子交換作用有關(guān)。
　　 在25℃和35℃時,DETA-LA對Cu2+和Pb2+的吸附等溫線表明,Cu2+和Pb2+在DETA-LA上的吸附等溫線均符合Langmuir吸附方程,以單分子層化學(xué)吸附為主;Cu2+的d軌道接受孤對電子的配位能力強,吸附機理可能主要為絡(luò)合作用,Cu2+接受氨基和木質(zhì)素含氧基團中O的孤對電子,形成了絡(luò)合物從而達到吸附作用;通過對吸附Pb2+的DETA-L