毛 娜

(渭南师范学院,陕西渭南 714099)

聚丙烯酰胺改性柚子皮吸附剂的合成及其对铜离子的吸附研究*

毛 娜

(渭南师范学院,陕西渭南 714099)

用柚子皮作为原料,以环氧树脂为交联剂,将聚丙烯酰胺改性到柚子皮上制得聚丙烯酰胺-柚子皮吸附剂,通过观察在不同条件下其对重金属离子Cu2+所产生的效果,探讨不同物料比、时间、温度对实验的影响。结果显示,当物料比为0.8∶0.1,在室温下20℃,反应时间为60min时,吸附率最高。通过正交试验表明影响吸附的主要因素是物料比,其次为时间和温度。

聚丙烯酰胺,环氧树脂,柚子皮,铜离子,吸附

由于经济发展迅猛,农业生产中越来越多地重金属离子排放到水中,水体环境形势严峻,有些重金属离子可以自动降解,但是有些重金属离子不具备这种性质,例如：铁、铜等,并且这种重金属离子能够在生物体内蓄积,即使在浓度很低的情况下也具有毒性和致癌性,对人们的身体健康和生活环境造成重大影响[1-2]。因此,选择正确合适的处理方法治理废水中的重金属离子,对环境的保护和人们的身体健康尤为重要。迄今为止,金属离子的处理用的方法就是最常见的那几种,而且有些方法价格特别高,还排放新的污染物。相对而言,吸附法跟其他方法比较起来,更加实用一些[3-4]。因此,如何利用植物来解决金属离子的污染问题成为了现在的重大问题和探讨的热点。近年来,植物纤维素等聚合物吸附剂,由于来源广、价格低、生物相容性、吸附效果好、选择性好和再生性好等优点在吸附金属离子中得到了广泛的应用[5-7]。植物在我国年产量大,这类富含纤维素的废料,除少部分得到利用外,绝大部分当作废物抛弃或者不正规的用途,不仅造成了资源的浪费,而且导致了环境的重大破坏[8]。针对这一问题,为了更好的利用植物,让废物再次利用,改善环境,提升社会效益[9-10],笔者以柚子皮为原料,利用聚合物改性形成全新的吸附剂,以此来模拟实验,测试其对重金属离子Cu2+的吸附效果,从实验后的结果可以看出,用这种方法和此种原料做的吸附剂,对重金属离子Cu2+效果显著。这种方法具有吸附剂用量小、制作工业不繁琐、所用成本特别低的特点,相信在不远的将来,这种方法会慢慢普及,形成完善的体系。

1 实验部分

1.1 主要原料、试剂及仪器

(1)柚子粉的准备

取来一个新鲜的柚子,将果肉全部去除干净,保留柚子皮,将柚子皮剪成2cm左右的长条,放在105℃的温度下干燥3h,取出干燥后的柚子皮粉碎,在45目筛子中分离,将获得的柚子粉装在干燥的容器中密封。

(2)试剂：Cu2+储备液,聚丙烯酰胺。

(3)仪器：分析天平,电子万用炉,数显鼓风干燥箱,循环水式多用真空泵,电磁搅拌器。

1.2 聚丙烯酰胺-柚子皮吸附剂的制备

准备七个烧杯,容量为100mL即可,向每个烧杯里面加入离子水50mL,放在磁力搅拌器上,相同转速搅拌,注意速度不宜过快和过慢,在其中慢慢加入提前称量好的质量为0.1g聚丙烯酰胺,再分别加入质量为0.2g、0.4g、0.6g、0.8g、1.0g、1.2g、1.4g的柚子皮,然后加入1.5g的环氧树脂,反应在室温下20℃,搅拌5h至完全,用抽滤机把水抽干,放在烘干机中烘干5h,完成吸附剂的制备。

1.3 标准曲线的绘制

分别称取1mg、2.5mg、5mg、7.5mg、10mg的硝酸铜粉末溶于去离子水,分别加入容器并用去离子水滴至刻度线处。测试吸光度并记录,作图得出标准曲线方程为：

y=0.0042x+0.0632

(1)

其中：y是Cu2+溶液的吸光度,x是浓度,线性相关系数为R2=0.976。

图1 Cu2+溶液的标准曲线

1.4 吸附率计算

吸附率计算公式为：

D=(C0-Ct)/C0

(2)

式中：C0是初始浓度(mg/L),Ct是吸附实验后的离子浓度(mg/L)；D为吸附率。吸附量是用来衡量单位质量的吸附剂对于某种特定被吸附物吸收质量的指标,单位mg/g,吸收质量的计算公式为：

Q=V(C0-Ct)/M

(3)

式中：Q为吸附量(mg/g)；V是重金属溶液的体积(L)；C0是初始浓度(mg/L)；Ct是吸附实验后的离子浓度(mg/L)；M是吸附剂的质量(g)。

2 结果与分析

2.1 物料比对吸附Cu2+的影响

准备七个容量为200mL的烧杯,向其中分别加入提前配置好的浓度为100mg/L的Cu2+溶液100mL,在自然pH值下分别向其中加入已经准备好的各个样品20mg,在一定时间中,分别测试溶液中的吸光度得到七组数据,作图,分析反应最佳的物料比。

物料比因素的影响主要表现在：在相同温度、自然pH值、相同溶液浓度和相同时间的情况下,不同物料比所配的试剂的吸附速度和能力的不同,本实验通过对剩余溶液测试所得吸光度的值从反方向反应出试剂的吸附速度和能力,通过图2可知,最佳物料比为0.8∶0.1。

图2 不同物料比对吸附Cu2+的影响

2.2 温度对吸附Cu2+的影响

准备一个容量为200mL的烧杯,向其中加入提前配置好的浓度为100mg/L的Cu2+溶液100mL,在自然pH值下向其中加入已经准备好的最佳样品20mg,分别在温度20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃下反应0.5h,分别测试溶液中的吸光度得到七个数据,算出吸附率作图,分析最佳的反应温度。

温度因素的影响主要表现在：随着温度的升高,吸附率的值不断变化,温度值是20℃时,吸附率最大为0.87,吸光度是0.069,见图3,所以,20℃为本次实验的最佳温度。

图3 不同温度对吸附Cu2+的影响

2.3 时间对吸附Cu2+的影响

准备一个容量为200mL的烧杯,向其中加入提前配置好的浓度为100mg/L的Cu2+溶液100mL,在自然pH值和室温下向其中加入已经准备好的最佳样品20mg,每半个小时测试其吸光度,记录数据,根据吸光度的数据找出最佳时间。

时间因素的影响体现在：在相同温度、pH值、物料比情况下,时间的长短对吸附Cu2+的能力产生的影响,见图4。确定了在物料比为0.8∶0.1时,60min为吸附重金属离子Cu2+的最佳时间。

图4 不同时间对吸附Cu2+的影响

2.4 循环次数

称取20mg最佳样品,加入100mL初始吸光度为0.107的实验溶液。在最佳温度20℃时光催化降解1h测得第一次吸光度为0.072,计算吸附率为80%,其吸附量为16mg/g。将溶液样品混合物抽滤、烘干,再称量剩余4mg,继续加入100mL实验溶液保持时间、温度、pH值都不变进行降解,1h后测得第二次的数据值为0.079,其吸附率为64%,吸附量为12.80mg/g。继续将溶液样品混合物抽滤、烘干。再次称量剩余样品得7.2mg,第三次加入实验溶液步骤同上,1h后测得数据0.085,其吸附率为50%,吸附量为10mg/g。

经实验得出结论,最佳样品最多能循环利用三次,第三次催化降解率明显降低。

图5 吸附剂循环次数对吸附Cu2+的影响

2.5 正交试验

正交试验数据见表1。

表1 正交实验因数水平表

通过表1正交实验9组实验数据处理可知,吸附Cu2+主要影响因素是物料比,其次为时间和温度。

3 结论

(1)最佳物料比为0.8∶1,实验最佳时间为60min,最佳吸附温度为20℃时,吸附剂对铜离子的吸附率最高达87%左右。

(2)通过正交试验表明,影响吸附效果的主要因素是物料比,其次为时间和温度。

(3)吸附剂重复利用率由于多次实验后其部分吸附剂失去活性,同时由于实验中在洗涤抽滤时存在人为误差,使吸附剂的量有所降低等,最终降解率呈不断降低的趋向。

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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：结构的疲劳、断裂、损伤、振动及可靠性,石油化工装备的安全评定及可靠性；E-mail：980004148@qq.com

TQ 326.4