聚丙烯酰胺改性柚子皮吸附劑的合成及其對銅離子的吸附研究*

毛 娜

(渭南師范學院,陜西渭南 714099)

聚丙烯酰胺改性柚子皮吸附劑的合成及其對銅離子的吸附研究*

毛 娜

(渭南師范學院,陜西渭南 714099)

用柚子皮作為原料,以環氧樹脂為交聯劑,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,通過觀察在不同條件下其對重金屬離子Cu2+所產生的效果,探討不同物料比、時間、溫度對實驗的影響。結果顯示,當物料比為0.8∶0.1,在室溫下20℃,反應時間為60min時,吸附率最高。通過正交試驗表明影響吸附的主要因素是物料比,其次為時間和溫度。

聚丙烯酰胺,環氧樹脂,柚子皮,銅離子,吸附

由于經濟發展迅猛,農業生產中越來越多地重金屬離子排放到水中,水體環境形勢嚴峻,有些重金屬離子可以自動降解,但是有些重金屬離子不具備這種性質,例如：鐵、銅等,并且這種重金屬離子能夠在生物體內蓄積,即使在濃度很低的情況下也具有毒性和致癌性,對人們的身體健康和生活環境造成重大影響[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,對環境的保護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的那幾種,而且有些方法價格特別高,還排放新的污染物。相對而言,吸附法跟其他方法比較起來,更加實用一些[3-4]。因此,如何利用植物來解決金屬離子的污染問題成為了現在的重大問題和探討的熱點。近年來,植物纖維素等聚合物吸附劑,由于來源廣、價格低、生物相容性、吸附效果好、選擇性好和再生性好等優點在吸附金屬離子中得到了廣泛的應用[5-7]。植物在我國年產量大,這類富含纖維素的廢料,除少部分得到利用外,絕大部分當作廢物拋棄或者不正規的用途,不僅造成了資源的浪費,而且導致了環境的重大破壞[8]。針對這一問題,為了更好的利用植物,讓廢物再次利用,改善環境,提升社會效益[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,以此來模擬實驗,測試其對重金屬離子Cu2+的吸附效果,從實驗后的結果可以看出,用這種方法和此種原料做的吸附劑,對重金屬離子Cu2+效果顯著。這種方法具有吸附劑用量小、制作工業不繁瑣、所用成本特別低的特點,相信在不遠的將來,這種方法會慢慢普及,形成完善的體系。

1 實驗部分

1.1 主要原料、試劑及儀器

(1)柚子粉的準備

取來一個新鮮的柚子,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+儲備液,聚丙烯酰胺。

(3)儀器：分析天平,電子萬用爐,數顯鼓風干燥箱,循環水式多用真空泵,電磁攪拌器。

1.2 聚丙烯酰胺-柚子皮吸附劑的制備

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

1.3 標準曲線的繪制

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。測試吸光度并記錄,作圖得出標準曲線方程為：

y=0.0042x+0.0632

(1)

其中：y是Cu2+溶液的吸光度,x是濃度,線性相關系數為R2=0.976。

圖1 Cu2+溶液的標準曲線

1.4 吸附率計算

吸附率計算公式為：

D=(C0-Ct)/C0

(2)

式中：C0是初始濃度(mg/L),Ct是吸附實驗后的離子濃度(mg/L)；D為吸附率。吸附量是用來衡量單位質量的吸附劑對于某種特定被吸附物吸收質量的指標,單位mg/g,吸收質量的計算公式為：

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是吸附實驗后的離子濃度(mg/L)；M是吸附劑的質量(g)。

2 結果與分析

2.1 物料比對吸附Cu2+的影響

準備七個容量為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準備好的各個樣品20mg,在一定時間中,分別測試溶液中的吸光度得到七組數據,作圖,分析反應最佳的物料比。

物料比因素的影響主要表現在：在相同溫度、自然pH值、相同溶液濃度和相同時間的情況下,不同物料比所配的試劑的吸附速度和能力的不同,本實驗通過對剩余溶液測試所得吸光度的值從反方向反應出試劑的吸附速度和能力,通過圖2可知,最佳物料比為0.8∶0.1。

圖2 不同物料比對吸附Cu2+的影響

2.2 溫度對吸附Cu2+的影響

準備一個容量為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準備好的最佳樣品20mg,分別在溫度20℃、30℃、40℃、50℃、60℃、70℃、80℃下反應0.5h,分別測試溶液中的吸光度得到七個數據,算出吸附率作圖,分析最佳的反應溫度。

溫度因素的影響主要表現在：隨著溫度的升高,吸附率的值不斷變化,溫度值是20℃時,吸附率最大為0.87,吸光度是0.069,見圖3,所以,20℃為本次實驗的最佳溫度。

圖3 不同溫度對吸附Cu2+的影響

2.3 時間對吸附Cu2+的影響

準備一個容量為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準備好的最佳樣品20mg,每半個小時測試其吸光度,記錄數據,根據吸光度的數據找出最佳時間。

時間因素的影響體現在：在相同溫度、pH值、物料比情況下,時間的長短對吸附Cu2+的能力產生的影響,見圖4。確定了在物料比為0.8∶0.1時,60min為吸附重金屬離子Cu2+的最佳時間。

圖4 不同時間對吸附Cu2+的影響

2.4 循環次數

稱取20mg最佳樣品,加入100mL初始吸光度為0.107的實驗溶液。在最佳溫度20℃時光催化降解1h測得第一次吸光度為0.072,計算吸附率為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,繼續加入100mL實驗溶液保持時間、溫度、pH值都不變進行降解,1h后測得第二次的數據值為0.079,其吸附率為64%,吸附量為12.80mg/g。繼續將溶液樣品混合物抽濾、烘干。再次稱量剩余樣品得7.2mg,第三次加入實驗溶液步驟同上,1h后測得數據0.085,其吸附率為50%,吸附量為10mg/g。

經實驗得出結論,最佳樣品最多能循環利用三次,第三次催化降解率明顯降低。

圖5 吸附劑循環次數對吸附Cu2+的影響

2.5 正交試驗

正交試驗數據見表1。

表1 正交實驗因數水平表

通過表1正交實驗9組實驗數據處理可知,吸附Cu2+主要影響因素是物料比,其次為時間和溫度。

3 結論

(1)最佳物料比為0.8∶1,實驗最佳時間為60min,最佳吸附溫度為20℃時,吸附劑對銅離子的吸附率最高達87%左右。

(2)通過正交試驗表明,影響吸附效果的主要因素是物料比,其次為時間和溫度。

(3)吸附劑重復利用率由于多次實驗后其部分吸附劑失去活性,同時由于實驗中在洗滌抽濾時存在人為誤差,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：結構的疲勞、斷裂、損傷、振動及可靠性,石油化工裝備的安全評定及可靠性；E-mail：980004148@qq.com

TQ 326.4