孟 輝,于 艷

(遼東學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院， 遼寧 丹東 118003)

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【化學(xué)工程與材料】

纖維素酯在處理電鍍廢水中的應(yīng)用

孟 輝,于 艷

(遼東學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院， 遼寧 丹東 118003)

以纖維素為原料酯化制備纖維素酯，用制備的纖維素酯吸附電鍍廢水中的重金屬離子。探究纖維素酯對(duì)重金屬離子的吸附性能。在投料量0.12 g、吸附時(shí)間50 min、溫度30 ℃、pH =3時(shí) Cu2+吸附率為 94.74%；在投料量0.10 g、吸附時(shí)間2.5 h、溫度25 ℃、pH=2～3時(shí)Cr(Ⅵ)的吸附率為90.54%；在投料量0.10 g、吸附時(shí)間40 min、溫度25 ℃、pH=4時(shí)Ni2+吸附率為 91.25 %。模擬電鍍廢水的最佳吸附條件為:投料量0.12 g、吸附時(shí)間1 h、溫度25 ℃、pH=3。在此條件下纖維素酯對(duì)電鍍廢水中重金屬離子的吸附率為90.64%。吸附后的纖維素酯經(jīng)洗脫，其再生率為73.05%。

纖維素酯；吸附；電鍍廢水；重金屬離子

電鍍廢水含有較多的重金屬離子，若隨意排放不僅會(huì)污染環(huán)境和土壤，對(duì)人、畜的健康也會(huì)造成很大的危害。因此，對(duì)重金屬?gòu)U水的治理受到了人們的普遍關(guān)注。重金屬?gòu)U水處理方法主要有沉淀法、還原法、活性炭吸附法、反滲透膜法、離子交換法[1]等。這些方法在應(yīng)用上各有不足，如沉淀和還原法步驟繁瑣，活性炭吸附法再生效率低，反滲透膜法需要較大的驅(qū)動(dòng)壓力和膜修復(fù)，離子交換法所需的離子交換樹脂價(jià)格高、樹脂再生費(fèi)用也高。近年來(lái)，一些新型的吸附劑如殼聚糖、纖維素等因其成本低、易得、可降解、環(huán)境友好而受到科學(xué)工作者的高度重視。于艷等人[2-4]利用農(nóng)業(yè)廢棄物通過(guò)對(duì)其改性作為吸附劑來(lái)處理重金屬離子，收到了較好的效果。但利用纖維素制備的纖維素酯做吸附劑的研究還未見報(bào)道，本文以纖維素為原料,通過(guò)酯化制備了纖維素酯，用該纖維素酯處理了電鍍廢水。實(shí)驗(yàn)表明本法制備簡(jiǎn)單，吸附效率高、環(huán)境友好、可再生，是較好的重金屬離子吸附劑。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料與儀器設(shè)備

1.1.1 原材料

丙酮、鹽酸、硫酸鎳、吡啶、無(wú)水乙醇、無(wú)水硫酸銅、氫氧化鈉、碳酸鈉、丁二酮肟、纖維素、N-甲基吡咯烷酮、無(wú)水氯化鋰、對(duì)甲苯磺酰氯、檸檬酸氫二銨、雙環(huán)己酮草酰二腙(BCO)、二苯碳酰二肼、酒石酸鉀鈉、氯化銨、硝酸。

1.1.2 儀器設(shè)備

722s可見分光光度計(jì)(上海精密科學(xué)儀器有限公司)，HH-4S智能數(shù)顯恒溫水浴鍋(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)，YP802N電子天平(上海精密科學(xué)儀器有限公司)，D2F-6050真空干燥箱(上海精密實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司)，KQ-C玻璃儀器氣流烘干器(鞏義市予華儀器有限責(zé)任公司)。

1.2 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.1 纖維素酯的酯化

將1 g纖維素和100 mL的N-甲基吡咯烷酮加入三口燒瓶，攪拌加熱到120 ℃，保持2 h。降溫到80 ℃時(shí)，加入9 g無(wú)水氯化鋰，在此溫度下繼續(xù)攪拌2 h。停止加熱至室溫繼續(xù)攪拌16 h，獲得均相纖維素溶液。在溶液中加入2.7 mL吡啶，攪拌10 min，加入6.47 g 對(duì)甲苯磺酰氯，室溫?cái)嚢璺磻?yīng)5 h。之后滴加10 mL水，繼續(xù)攪拌30 min。然后將其倒入500 mL的酒精中沉淀出聚合物，用丙酮或者乙醇洗滌至無(wú)色。

1.2.2 銅標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液、緩沖溶液、顯色劑的配制

稱取1.000 g金屬銅片加入至20 mL硝酸(1∶1)中加熱溶解，后加入10 mL硫酸(1∶1)溶解，冷卻后定容至1 L容量瓶中制得濃度為1.000 g/L銅標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。取1.0 mol/L氯化銨加入濃氨水在pH計(jì)上配置氨-氯化銨(pH=9.0)緩沖溶液。制備40%檸檬酸銨溶液使顯色反應(yīng)在室溫下立即完成。稱取3.0 g BCO加入少量蒸餾水中溶解，然后加100 mL無(wú)水乙醇和400 mL溫水，定容至1 L容量瓶中，配成0.3% BCO顯色劑[5]。

1.2.3 鉻標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液、緩沖溶液、顯色劑的配制

稱取0.500 0 g重鉻酸鉀溶于1 L水中，搖勻，制備鉻標(biāo)準(zhǔn)液。取0.2 mol/L磷酸二氫鉀250 mL加入0.2 mol/L氫氧化鈉118 mL，用水稀釋至1 L，制備成磷酸鹽緩沖溶液。稱取0.1 g二苯碳酰二肼，加入50 mL 95%乙醇使之溶解，再加入200 mL硫酸(1∶9)制成鉻的顯色劑，需保存于棕色瓶中[6-7]。

1.2.4 鎳標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液、緩沖溶液、顯色劑的配制

準(zhǔn)確稱取0.131 4 g硫酸鎳加入到10 mL硫酸中，定容至100 mL容量瓶中，配置成1.000 g/L鎳標(biāo)準(zhǔn)溶液。取20% 酒石酸鉀鈉10 mL、5% 氫氧化鈉 4 mL、3%過(guò)硫酸銨5 mL，定容至100 mL容量瓶中，配置成pH=12的鎳緩沖溶液。稱取5 g丁二酮肟溶于500 mL 5%的氫氧化鈉溶液中，配置成1% 丁二酮肟溶液作為顯色劑[8]。

1.2.5 模擬電鍍廢水的制備

準(zhǔn)確量取1.0 mg/L鎳溶液50 mL、1.0 mg/L鉻溶液50 mL、10 mg/L銅溶液50 mL定容至500 mL容量瓶。

2 結(jié)果與討論

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

2.1.1 銅標(biāo)準(zhǔn)曲線

分別移取10 mg/L銅標(biāo)準(zhǔn)液1.5、2.5、5、7.5、10 mL于5個(gè)25 mL容量瓶中，各加入5 mL緩沖溶液、5 mL顯色劑、2 mL檸檬酸鹽定容至25 mL容量瓶中，顯色10 min，同時(shí)做空白。以空白為參比，在分光光度計(jì)上于600 nm波長(zhǎng)處測(cè)量吸光度，繪制銅標(biāo)準(zhǔn)曲線，其線性方程：

y=0.134 9x+0.022 1，R2=0.994 5。

2.1.2 鉻標(biāo)準(zhǔn)曲線

分別移取10 mg/L鉻標(biāo)準(zhǔn)液0.125、0.25、0.5、0.75、1.0、1.25 mL，加入2 mL緩沖溶液、0.4 mL顯色劑定容至25 mL容量瓶中，顯色5 min，同時(shí)做空白。在540 nm波長(zhǎng)處測(cè)得吸光度，繪制鉻標(biāo)準(zhǔn)曲線，其線性方程：y=0.446 8x+0.027 6，R2=0.993 3。

2.1.3 鎳標(biāo)準(zhǔn)曲線

分別移取10 mg/L鎳標(biāo)準(zhǔn)液0.25、0.75、1.25、1.75、2.0、2.25、2.5、3.0、3.75 mL，加入2 mL 緩沖溶液、2 mL 顯色劑定容至25 mL容量瓶中，顯色3～5 min，同時(shí)做空白。在465 nm 波長(zhǎng)處測(cè)得吸光度，繪制鎳的標(biāo)準(zhǔn)曲線，其線性方程：y=0.691 3x+0.073 5，R2=0.995 4。

2.2 纖維素酯吸附各金屬離子最佳條件的選擇

2.2.1 時(shí)間

取1 mg/L銅離子10 mL、0.1 mg/L鉻離子20 mL、0.1 mg/L鎳離子20 mL，投料量為0.05 g，在20 ℃下，pH=5時(shí)吸附，每種離子做5～6次平行實(shí)驗(yàn)。吸附后調(diào)節(jié)pH，分別在600、 540、465 nm下測(cè)定吸光度，結(jié)果見圖1。

由圖1可知：纖維素酯吸附銅離子、鉻離子、鎳離子最佳時(shí)間分別為50 min、40 min和2.5 h。

2.2.2 溫度

取1 mg/L銅離子10 mL 、0.1 mg/L鉻離子20 mL、0.1 mg/L鎳離子20 mL，投料量為0.05 g，分別在pH=5時(shí)反應(yīng)50 min、40 min和2.5 h后，每種離子做5～6次平行實(shí)驗(yàn)。吸附后調(diào)節(jié)pH，分別在600 、540 、465 nm下測(cè)定吸光度，結(jié)果見圖2。

由圖2可知：纖維素酯吸附銅離子、鉻離子、鎳離子最佳溫度分別為30 、25 和25 ℃。

2.2.3 pH值

取1 mg/L銅離子10 mL、0.1 mg/L鉻離子20 mL、0.1 mg/L鎳離子20 mL，投入纖維素酯0.05 g，分別在30、25和25 ℃下，吸附50 min、40 min和2.5 h，每種離子做5～6次平行實(shí)驗(yàn)。吸附后分別調(diào)節(jié)pH，分別在600、540、465 nm下測(cè)定吸光度，結(jié)果見圖3。

由圖3可知：纖維素酯吸附銅離子、鉻離子、鎳離子最佳pH值分別為3、2～3及4。

2.2.4 投料量

取1 mg/L銅離子10 mL、0.1 mg/L鉻離子20 mL、0.1 mg/L鎳離子20 mL，分別在pH=3、2～3、4，溫度為30 、25 、25 ℃下吸附50 min、40 min、2.5 h，每種離子做5～6次平行實(shí)驗(yàn)。吸附后分別調(diào)節(jié)pH，分別在600、540、465 nm下測(cè)定吸光度，結(jié)果見圖4。

由圖4可知：纖維素酯吸附銅離子、鎳離子、鉻離子最佳投料量分別為0.12 、0.10和0.10 g。

2.3 對(duì)模擬三種混合離子電鍍廢水的吸附

在單一金屬離子最佳吸附條件基礎(chǔ)上，通過(guò)單因素實(shí)驗(yàn)，得出了模擬銅、鎳、鉻三種混合離子電鍍廢水的最佳吸附條件為：投料量0.12 g 、反應(yīng)溫度25 ℃、pH=3、吸附1 h。在此條件下平行測(cè)定三次，其平均吸光度為0.016，吸附率為90.64%。

2.4 纖維素酯的洗脫再生

吸附后的纖維素酯經(jīng)0.5、1、2、3、4、5、6 mol/L的 HCl洗脫后，測(cè)定吸光度，計(jì)算再生率，見表1.

表1 纖維素酯的洗脫再生

3 結(jié)論

用纖維素酯在各自最佳條件下吸附了銅、鉻、鎳離子，其吸附率分別為Cu2+94.74%、Cr(Ⅵ)90.54%、Ni2+91.25 %；對(duì)模擬混合離子電鍍廢水的吸附率為90.64%，吸附效果較好。

吸附后的纖維素酯經(jīng)6 mol /L HCl洗脫后，測(cè)得吸光度為0.071，再生率為73.05%。

綜上可見，改性后的纖維素具有較好的吸附效果，對(duì)電鍍廢水的吸附率超過(guò)了90%，為電鍍廢水的處理提供了新的依據(jù)。

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(責(zé)任編輯：鞠衍清)

Application of cellulose acetate in electroplating wastewater treatment

MENG Hui, YU Yan

(SchoolofChemicalEngineering,EasternLiaoningUniversity,Dandong118003,China)

Cellulose acetate prepared by esterfying cellulose was used to absorb heavy metal ions including Cu2+, Cr (VI) and Ni2+in electroplating wastewater. The results showed that the adsorption rate for Cu2+was 94.74% with 0.12 g inventory, 50 min adsorption time, 30 ℃ temperature and 3 pH value. The adsorption rate for Cr(Ⅵ)was 90.54% with 0.10 g inventory, 2.5 h adsorption time, 25 ℃ temperature and 2-3 pH value. The adsorption rate for Ni2+was 91.25 % with 0.10 g inventory, 40 min adsorption time, 25 ℃ temperature and 3 pH value. Based on these data, the adsorption experiment for simulated electroplating wastewater was conducted and the best adsorption rate 90.64% for heavy ions was obtained with 0.12 g inventory, 1 h adsorption time, 25 ℃ temperature and 3 pH value. The cellulose acetate after the adsorption was eluted and the regeneration rate was 73.05%.

cellulose acetate; adsorption; electroplating wastewater; heavy metal ion

10.14168/j.issn.1673-4939.2017.01.01

2106-11-08

孟輝(1961—)，女，遼寧丹東人，教授，研究方向：分析化學(xué)。

O647.3

A

1673-4939(2017)01-0001-05