摘 要:以采用流延法制備得到的交聯殼聚糖膜作為吸附劑,對酸性大紅染料廢水進行吸附脫色處理,考察了吸附時間、pH值、吸附劑投加量和酸性大紅起始濃度等對吸附脫色效果的影響。在吸附時間為60 min,pH值為4.5,1 L廢水中殼聚糖投加量為1.25 g時,交聯殼聚糖膜對酸性大紅的脫色效果良好,吸附率可達95.46%。對實驗數據運用相關數學模型擬合,結果表明,該等溫吸附平衡同時符合Freundlich或Langmuir模型,線性相關回歸系數較好(R2均高于0.98);吸附過程動力學符合二級反應,線性相關系數良好(R2>0.99)
印染廢水因有機物含量高、色度深、水質復雜且成分波動大而成為難處理的工業廢水之一。目前國內外處理印染廢水大多以生物法輔以物化處理為主,但脫色及COD去除效果差,出水難以穩定達到國家排放標準[1]。吸附是深度處理印染廢水行之有效的方法之一。殼聚糖是由氨基葡萄糖單元通過β(1→4)糖苷鍵連接而成的線性天然高分子化合物,具有良好的吸附性能,其優越的成膜性能引起人們的極大關注[2]。但殼聚糖膜易溶于酸性溶液的特性限制了其在環境保護中的應用。通過化學交聯和物理處理可以提高殼聚糖材料的抗水性能[3]。筆者研究了交聯殼聚糖膜對酸性大紅染料廢水的脫色性能,分析了吸附等溫線和動力學,為其設計最佳工藝條件和實踐應用提供了理論依據。
1 材料與儀器
1.1 試劑與儀器
殼聚糖(脫乙酰度為91.7%,相對分子質量為2.1×104,浙江玉環海洋生物化學有限公司提供) ;酸性大紅染料(市售品);氫氧化鈉、冰醋酸和25%(體積分數)戊二醛等試劑,均為分析純。所有溶液均用雙蒸水配制。
Nicolet170-5X傅里葉變換紅外光譜儀、UV7500型紫外分光光度計(上海光譜儀器有限公司提供) ,恒溫振蕩儀(太倉市光明實驗分析儀器廠提供)。
1.2 殼聚糖交聯膜的制備和FT-IR表征
稱取一定量的殼聚糖溶于2%(體積分數)的醋酸水溶液中,攪拌完全溶解后,過濾除去雜質,真空脫氣約0.5 h,制成質量分數為2%的鑄膜液。用流延法在干凈玻璃平板上刮膜,膜在室溫下自然干燥后浸泡于2mol/L的NaOH溶液中,直至膜自然剝落,用雙蒸水洗滌至中性,得濕殼聚糖膜(CSF)。將殼聚糖膜浸泡在0.05 mol/L的戊二醛溶液中[3],室溫靜置24 h,用雙蒸水多次洗滌以除去沒有反應完的交聯劑,真空干燥后,即可制得片狀交聯殼聚糖膜(GCSF)。用Nicolet170-5X傅里葉變換紅外光譜儀(KBr壓片法)記錄膜的紅外光譜圖。
1.3 染料廢水吸附實驗
在20℃室溫下,準確稱取一定量的殼聚糖交聯吸附劑,加入到含有一系列標準溶液的100 mL錐型瓶中,以70 r/min的轉速在恒溫振蕩器下振蕩一定時間后,將樣品離心分層,取上層澄清液采用分光光度法測定酸性大紅質量濃度。做平行實驗3次,取其平均值。根據吸附前后溶液中酸性大紅質量濃度的變化,用式(1)和式(2)計算吸附量和吸附率。
式中: q為單位吸附劑吸附酸性大紅量,mg/g;ρ0為吸附前溶液中酸性大紅的質量濃度,mg/L;ρ為吸附后溶液中酸性大紅的質量濃度,mg/L;V為溶液體積,L;W為吸附劑的用量,g;η為吸附率,%。
2 結果與討論
2.1 殼聚糖膜的FT-IR譜圖分析
圖1為殼聚糖膜交聯前后的FT-IR譜圖。
從圖1紅外光譜圖中可以發現,未交聯的殼聚糖膜在1 594 cm-1處—NH2的吸收峰較強,而乙酰胺基的吸收峰、酰胺I帶(1 637 cm-1)及酰胺Ⅱ帶均很弱,基本上不成峰,這與所用的殼聚糖高脫乙酰度(91.7%)是相一致的[4]。660 cm-1為殼聚糖的結晶敏感峰。殼聚糖膜進行戊二醛交聯后,1 594 cm-1處—NH2的吸收峰減弱,并在1 655 cm-1處出現很強的Shiff堿的峰。這說明戊二醛殼聚糖膜通過交聯作用形成了Shiff堿,而Shiff堿的形成可以降低膜在酸性條件下的溶解作用。
2.2 吸附時間對吸附效果的影響
當1 L廢水中吸附劑投加量為1.25 g,染料初始質量濃度為50 mg/L,pH值為4.5時,考察吸附時間對酸性大紅染料溶液脫色效果的影響,結果見圖2。
由圖2可知,吸附時間越長,脫色效果越好。但吸附時間從60 min增加到90 min時,吸附率從95.09%增加到95.46 %,單位吸附劑吸附量從38.04 mg/g增加到38.19 mg/g,說明60 min時吸附基本趨于平衡,從而確定最佳吸附時間為60 min。
2.3 殼聚糖膜投加量對吸附效果的影響
分別稱取不同質量的交聯殼聚糖膜,加入到質量濃度為40 mg/L的40 mL酸性大紅染料溶液(pH值為4.5)中,進行振蕩吸附60 min,考察吸附劑投加量對酸性大紅染料溶液脫色效果的影響,結果見圖3。
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