銅離子印跡磁性生物吸附材料的制備及性能研究.pdf

1、含銅廢水來源廣、毒性大，嚴(yán)重危害自然環(huán)境和人體健康，因此對其進行處理尤為必要。本文以Cu(Ⅱ)為印跡離子，殼聚糖為印跡母體材料，青霉屬菌絲體為核心，納米Fe3O4為磁組分，經(jīng)環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)和三聚磷酸鈉的固化制備了銅離子印跡磁性生物吸附材料(Cu(Ⅱ)-IMB)，并用于含銅廢水的吸附處理。結(jié)果表明該新型吸附材料優(yōu)點為：(1)成本低廉能夠大量生產(chǎn)；(2)吸附材料表面保留的Cu(Ⅱ)印跡空穴使得對Cu(Ⅱ)的吸附容量大大提高；(3)具有磁性在

2、外加磁場下能夠迅速從吸附后的溶液中分離出來。 對制備Cu(Ⅱ)-IMB的單因素影響吸附性能的實驗進行了探討，首次利用響應(yīng)面法實驗優(yōu)化了制備工藝，最大限度的提高了吸附容量。結(jié)果表明，在合成過程中，環(huán)氧氯丙烷、納米Fe3O4和印跡銅離子的量是影響吸附材料吸附性能的重要因素，三者間存在一定的交互作用，納米Fe3O4、印跡銅離子的量對吸附性能影響是正面的，且最顯著。最佳合成條件為：菌絲體2g，CS0.2g，30℃下均勻攪拌交聯(lián)反應(yīng)3.0

3、h，6mL2.5％的三聚磷酸鈉溶液固化8.0h，以CuSO4中的銅離子為印跡模板。加入環(huán)氧氯丙烷2.99g，F(xiàn)e3O4為0.505g，印跡銅離子質(zhì)量為25.245mg。 通過掃描電鏡、能譜分析、等離子體光譜分析、紅外光譜、X射線衍射儀、振動樣品磁強計對Cu(Ⅱ)-IMB的物質(zhì)結(jié)構(gòu)進行鑒定。結(jié)果表明，Cu(Ⅱ)-IMB的形狀不規(guī)則，表面疏松且有許多的空隙結(jié)構(gòu)，有著豐富的利于對重金屬離子吸附的基團。和純菌絲體及非印跡磁性生物吸附材料

4、(NIMB)相比，比表面積和孔容積大大提高。制備過程中Fe3O4被成功的包埋且晶型未改變，但分布不均勻。Cu(Ⅱ)-IMB仍然保持超順磁性，其磁特性參數(shù)隨Fe3O4的含量不同而變化。 以Cr6+、Zn2+、Ni2+為對比離子，對Cu(Ⅱ)—IMB在水溶液中對Cu2+的吸附性能進行了研究，并與制各的其它三種生物吸附材料進行了比較，并對其磁沉降性能、機械強度等進行了測定。結(jié)果表明，pH是影響吸附容量的重要因素，其對Cu2+、Zn2+

5、、Ni2+吸附的最佳pH值在5.0左右，對Cr6+的為4.0左右。Cu(Ⅱ)-IMB、NIMB、CMB和MB對水溶液中Cu2+、Zn2+、Ni2+和Cr6+的吸附符合二級吸附動力學(xué)，均為顆粒內(nèi)擴散和膜擴散聯(lián)合控制過程，符合Langmuir或Freundlich吸附等溫式。Cu(Ⅱ)—IMB對Cu2+的吸附速率最快，達吸附平衡時間最短為6.0h，二級吸附速率常為4.432×10-3((g/mg)/min)，比NIMB對Cu2+的提高33％

6、，顆粒內(nèi)有效擴散系數(shù)最大，為0.97223(mg/g)/min1/2，對Cu2+的吸附性能最強，并表現(xiàn)較高的吸附選擇性，由Langmuir吸附等溫式求出的單層飽和吸附容量為68.02mg/g，對Zn2+、Ni2+、Cr6+沒有吸附選擇性，吸附性能比NIMB好。印跡技術(shù)對吸附性能的提高貢獻最大。Cu(Ⅱ)—IMB對Cu2+吸附過程為吸熱反應(yīng)，容易自發(fā)進行，以物理吸附為主，為熵增加過程。在外加磁場下，具有良好的磁沉降性能，與非磁性吸附材料比

7、較，沉降時間縮短93％，沉淀效率提高25％，合成過程使其機械強度、交聯(lián)度和抗酸性有較大提高。 研究了其在二元體系和多元體系下的吸附競爭效應(yīng)。實驗表明，共存離子導(dǎo)致Cu2+吸附容量下降。二元體系實驗證明，離子對吸附Cu2+的干擾隨初始濃度的增加而增大。以Cu(Ⅱ)—IMB和NIMB為吸附材料的溶液中，共存的離子的吸附競爭能力為：Zn2+＞Ni2+＞Cr6+。有競爭離子存在時，Cu(Ⅱ)—IMB對Cu2+仍具有較高的選擇吸附性能，并

8、符合Langmuir模型。在多元金屬離子體系中，Cu(Ⅱ)—IMB的吸附能力仍大于NIMB，對Cu2+具有專一的吸附選擇性。Zn2+和Ni2+對Cu2+的協(xié)同競爭作用大于Ni2+和Cr6+的。吸附機理分析表明，吸附的過程中-NH2和—OH與金屬離子結(jié)合形成共軛結(jié)構(gòu)。吸附金屬離子后Cu(Ⅱ)—IMB非晶結(jié)構(gòu)和Fe3o4的晶型未被影響，仍然保持原來的磁性。吸附了金屬離子的Cu(Ⅱ)—IMB用0.01M EDTA在25℃下，解吸20min，氫