毛 娜

(渭南師范學(xué)院,陜西渭南 714099)

聚丙烯酰胺改性柚子皮吸附劑的合成及其對(duì)銅離子的吸附研究*

毛 娜

(渭南師范學(xué)院,陜西渭南 714099)

用柚子皮作為原料,以環(huán)氧樹(shù)脂為交聯(lián)劑,將聚丙烯酰胺改性到柚子皮上制得聚丙烯酰胺-柚子皮吸附劑,通過(guò)觀察在不同條件下其對(duì)重金屬離子Cu2+所產(chǎn)生的效果,探討不同物料比、時(shí)間、溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響。結(jié)果顯示,當(dāng)物料比為0.8∶0.1,在室溫下20℃,反應(yīng)時(shí)間為60min時(shí),吸附率最高。通過(guò)正交試驗(yàn)表明影響吸附的主要因素是物料比,其次為時(shí)間和溫度。

聚丙烯酰胺,環(huán)氧樹(shù)脂,柚子皮,銅離子,吸附

由于經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中越來(lái)越多地重金屬離子排放到水中,水體環(huán)境形勢(shì)嚴(yán)峻,有些重金屬離子可以自動(dòng)降解,但是有些重金屬離子不具備這種性質(zhì),例如：鐵、銅等,并且這種重金屬離子能夠在生物體內(nèi)蓄積,即使在濃度很低的情況下也具有毒性和致癌性,對(duì)人們的身體健康和生活環(huán)境造成重大影響[1-2]。因此,選擇正確合適的處理方法治理廢水中的重金屬離子,對(duì)環(huán)境的保護(hù)和人們的身體健康尤為重要。迄今為止,金屬離子的處理用的方法就是最常見(jiàn)的那幾種,而且有些方法價(jià)格特別高,還排放新的污染物。相對(duì)而言,吸附法跟其他方法比較起來(lái),更加實(shí)用一些[3-4]。因此,如何利用植物來(lái)解決金屬離子的污染問(wèn)題成為了現(xiàn)在的重大問(wèn)題和探討的熱點(diǎn)。近年來(lái),植物纖維素等聚合物吸附劑,由于來(lái)源廣、價(jià)格低、生物相容性、吸附效果好、選擇性好和再生性好等優(yōu)點(diǎn)在吸附金屬離子中得到了廣泛的應(yīng)用[5-7]。植物在我國(guó)年產(chǎn)量大,這類富含纖維素的廢料,除少部分得到利用外,絕大部分當(dāng)作廢物拋棄或者不正規(guī)的用途,不僅造成了資源的浪費(fèi),而且導(dǎo)致了環(huán)境的重大破壞[8]。針對(duì)這一問(wèn)題,為了更好的利用植物,讓廢物再次利用,改善環(huán)境,提升社會(huì)效益[9-10],筆者以柚子皮為原料,利用聚合物改性形成全新的吸附劑,以此來(lái)模擬實(shí)驗(yàn),測(cè)試其對(duì)重金屬離子Cu2+的吸附效果,從實(shí)驗(yàn)后的結(jié)果可以看出,用這種方法和此種原料做的吸附劑,對(duì)重金屬離子Cu2+效果顯著。這種方法具有吸附劑用量小、制作工業(yè)不繁瑣、所用成本特別低的特點(diǎn),相信在不遠(yuǎn)的將來(lái),這種方法會(huì)慢慢普及,形成完善的體系。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原料、試劑及儀器

(1)柚子粉的準(zhǔn)備

取來(lái)一個(gè)新鮮的柚子,將果肉全部去除干凈,保留柚子皮,將柚子皮剪成2cm左右的長(zhǎng)條,放在105℃的溫度下干燥3h,取出干燥后的柚子皮粉碎,在45目篩子中分離,將獲得的柚子粉裝在干燥的容器中密封。

(2)試劑：Cu2+儲(chǔ)備液,聚丙烯酰胺。

(3)儀器：分析天平,電子萬(wàn)用爐,數(shù)顯鼓風(fēng)干燥箱,循環(huán)水式多用真空泵,電磁攪拌器。

1.2 聚丙烯酰胺-柚子皮吸附劑的制備

準(zhǔn)備七個(gè)燒杯,容量為100mL即可,向每個(gè)燒杯里面加入離子水50mL,放在磁力攪拌器上,相同轉(zhuǎn)速攪拌,注意速度不宜過(guò)快和過(guò)慢,在其中慢慢加入提前稱量好的質(zhì)量為0.1g聚丙烯酰胺,再分別加入質(zhì)量為0.2g、0.4g、0.6g、0.8g、1.0g、1.2g、1.4g的柚子皮,然后加入1.5g的環(huán)氧樹(shù)脂,反應(yīng)在室溫下20℃,攪拌5h至完全,用抽濾機(jī)把水抽干,放在烘干機(jī)中烘干5h,完成吸附劑的制備。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

分別稱取1mg、2.5mg、5mg、7.5mg、10mg的硝酸銅粉末溶于去離子水,分別加入容器并用去離子水滴至刻度線處。測(cè)試吸光度并記錄,作圖得出標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為：

y=0.0042x+0.0632

(1)

其中：y是Cu2+溶液的吸光度,x是濃度,線性相關(guān)系數(shù)為R2=0.976。

圖1 Cu2+溶液的標(biāo)準(zhǔn)曲線

1.4 吸附率計(jì)算

吸附率計(jì)算公式為：

D=(C0-Ct)/C0

(2)

式中：C0是初始濃度(mg/L),Ct是吸附實(shí)驗(yàn)后的離子濃度(mg/L)；D為吸附率。吸附量是用來(lái)衡量單位質(zhì)量的吸附劑對(duì)于某種特定被吸附物吸收質(zhì)量的指標(biāo),單位mg/g,吸收質(zhì)量的計(jì)算公式為：

Q=V(C0-Ct)/M

(3)

式中：Q為吸附量(mg/g)；V是重金屬溶液的體積(L)；C0是初始濃度(mg/L)；Ct是吸附實(shí)驗(yàn)后的離子濃度(mg/L)；M是吸附劑的質(zhì)量(g)。

2 結(jié)果與分析

2.1 物料比對(duì)吸附Cu2+的影響

準(zhǔn)備七個(gè)容量為200mL的燒杯,向其中分別加入提前配置好的濃度為100mg/L的Cu2+溶液100mL,在自然pH值下分別向其中加入已經(jīng)準(zhǔn)備好的各個(gè)樣品20mg,在一定時(shí)間中,分別測(cè)試溶液中的吸光度得到七組數(shù)據(jù),作圖,分析反應(yīng)最佳的物料比。

物料比因素的影響主要表現(xiàn)在：在相同溫度、自然pH值、相同溶液濃度和相同時(shí)間的情況下,不同物料比所配的試劑的吸附速度和能力的不同,本實(shí)驗(yàn)通過(guò)對(duì)剩余溶液測(cè)試所得吸光度的值從反方向反應(yīng)出試劑的吸附速度和能力,通過(guò)圖2可知,最佳物料比為0.8∶0.1。

圖2 不同物料比對(duì)吸附Cu2+的影響

2.2 溫度對(duì)吸附Cu2+的影響

準(zhǔn)備一個(gè)容量為200mL的燒杯,向其中加入提前配置好的濃度為100mg/L的Cu2+溶液100mL,在自然pH值下向其中加入已經(jīng)準(zhǔn)備好的最佳樣品20mg,分別在溫度20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃下反應(yīng)0.5h,分別測(cè)試溶液中的吸光度得到七個(gè)數(shù)據(jù),算出吸附率作圖,分析最佳的反應(yīng)溫度。

溫度因素的影響主要表現(xiàn)在：隨著溫度的升高,吸附率的值不斷變化,溫度值是20℃時(shí),吸附率最大為0.87,吸光度是0.069,見(jiàn)圖3,所以,20℃為本次實(shí)驗(yàn)的最佳溫度。

圖3 不同溫度對(duì)吸附Cu2+的影響

2.3 時(shí)間對(duì)吸附Cu2+的影響

準(zhǔn)備一個(gè)容量為200mL的燒杯,向其中加入提前配置好的濃度為100mg/L的Cu2+溶液100mL,在自然pH值和室溫下向其中加入已經(jīng)準(zhǔn)備好的最佳樣品20mg,每半個(gè)小時(shí)測(cè)試其吸光度,記錄數(shù)據(jù),根據(jù)吸光度的數(shù)據(jù)找出最佳時(shí)間。

時(shí)間因素的影響體現(xiàn)在：在相同溫度、pH值、物料比情況下,時(shí)間的長(zhǎng)短對(duì)吸附Cu2+的能力產(chǎn)生的影響,見(jiàn)圖4。確定了在物料比為0.8∶0.1時(shí),60min為吸附重金屬離子Cu2+的最佳時(shí)間。

圖4 不同時(shí)間對(duì)吸附Cu2+的影響

2.4 循環(huán)次數(shù)

稱取20mg最佳樣品,加入100mL初始吸光度為0.107的實(shí)驗(yàn)溶液。在最佳溫度20℃時(shí)光催化降解1h測(cè)得第一次吸光度為0.072,計(jì)算吸附率為80%,其吸附量為16mg/g。將溶液樣品混合物抽濾、烘干,再稱量剩余4mg,繼續(xù)加入100mL實(shí)驗(yàn)溶液保持時(shí)間、溫度、pH值都不變進(jìn)行降解,1h后測(cè)得第二次的數(shù)據(jù)值為0.079,其吸附率為64%,吸附量為12.80mg/g。繼續(xù)將溶液樣品混合物抽濾、烘干。再次稱量剩余樣品得7.2mg,第三次加入實(shí)驗(yàn)溶液步驟同上,1h后測(cè)得數(shù)據(jù)0.085,其吸附率為50%,吸附量為10mg/g。

經(jīng)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論,最佳樣品最多能循環(huán)利用三次,第三次催化降解率明顯降低。

圖5 吸附劑循環(huán)次數(shù)對(duì)吸附Cu2+的影響

2.5 正交試驗(yàn)

正交試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 正交實(shí)驗(yàn)因數(shù)水平表

通過(guò)表1正交實(shí)驗(yàn)9組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理可知,吸附Cu2+主要影響因素是物料比,其次為時(shí)間和溫度。

3 結(jié)論

(1)最佳物料比為0.8∶1,實(shí)驗(yàn)最佳時(shí)間為60min,最佳吸附溫度為20℃時(shí),吸附劑對(duì)銅離子的吸附率最高達(dá)87%左右。

(2)通過(guò)正交試驗(yàn)表明,影響吸附效果的主要因素是物料比,其次為時(shí)間和溫度。

(3)吸附劑重復(fù)利用率由于多次實(shí)驗(yàn)后其部分吸附劑失去活性,同時(shí)由于實(shí)驗(yàn)中在洗滌抽濾時(shí)存在人為誤差,使吸附劑的量有所降低等,最終降解率呈不斷降低的趨向。

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Preparation of Polyacrylamide Modified with Grapefruit Peelas Absorbent and Adsorption of Metal Ions

MAO Na

(Weinan Normal University,Weinan 714099,Shaanxi,China)

The adsorbent of polyacrylamide mine-pomelo peel was successfully prepared with crosslinking the polyacrylamide and pomelo peel by epoxy resin and determination of the adsorbent for metal ions Cu2+. Then we studied the influence of the amount of pomelo peel,time,and temperature on adsorption. The experiment results showed that,when material ratio was 0.8∶0.1,at room temperature of 20℃,reaction time was 60min,would got the best adsorption experiment numerical,these factors are shown in numerical is the optimal conditions for the reaction.

polyacrylamide,epoxy resin,grapefruit peel,copper ion,adsorption

王茂廷,教授,研究方向：結(jié)構(gòu)的疲勞、斷裂、損傷、振動(dòng)及可靠性,石油化工裝備的安全評(píng)定及可靠性；E-mail：980004148@qq.com

TQ 326.4