蔗渣基吸附劑的制備及其對CrⅥ吸附性能研究

摘要 以農林生物質資源中的蔗渣為基體，支化聚乙烯亞胺為功能試劑，通過環氧氯丙烷交聯的方法制備蔗渣基Cr（Ⅵ）吸附劑。通過FTIR、EA、TG和SEM表征了材料的化學結構和微觀結構。所制備的蔗渣基Cr（Ⅵ）吸附劑的氨基密度為12.29mmol/g，對Cr（VI）的吸附性能良好，其最大吸附容量為167.1mg/g，50min達到吸附平衡。該研究為農林廢棄物的二次利用提供了新的方法。

關鍵詞 蔗渣;Cr（Ⅵ）;吸附劑;制備;吸附性能

中圖分類號 TQ.424文獻標識碼A文章編號0517-6611（2021）07-0077-04

AbstractBagassebasedCr（VI）adsorbentwaspreparedbycrosslinkingepichlorohydrinwithbagasseasmatrixandbranchedpolyethyleneimineasfunctionalreagent.ThroughcharacterizedbyFTIR，EA，TGandSEM，thechemicalstructureandmicrostructurewereanalyzed.Theresultsshowedthattheaminodensityoftheadsorbentwas12.29mmol/g，andthemaximumadsorptioncapacityofCr（VI）was167.1mg/g，theadsorptionequilibriumwasreachedwithin50min.Itprovidesanewmethodfortheefficientutilizationofagriculturalandforestrywastes.

KeywordsBagasse;Cr（Ⅵ）;Adsorbent;Preparation;Adsorptionproperties

作者簡介 李振興（1986—），男，廣西柳城人，工程師，從事木質纖維高值化利用研究。

六價鉻在重金屬污染中持續久、危害大，受到國內外專家學者的廣泛重視[1-3]。水體中重金屬常見的處理方法有電容去離子法、生物法、膜分離法、化學沉淀法、吸附法等[4-7]。吸附法由于其易于操作、經濟高效的特點被廣泛使用[8-9]，而吸附法的核心在于吸附劑。目前使用較為廣泛的活性炭、膨潤土、沸石等基體材料，雖吸附容量較高，但難降解，極易造成二次污染[10-11]。因此，開發環境友好生物質重金屬吸附劑迫在眉睫。

筆者以農林生物質資源中的蔗渣（BF）為基體，通過交聯的方法，將含有高氨基密度的支化聚乙烯亞胺（BPEI）與蔗渣一步交聯制得蔗渣基Cr（Ⅵ）吸附劑。

1材料與方法

1.1試驗儀器及藥品

蔗渣纖維（BF，廣西貴糖集團股份有限公司）;支化聚乙烯亞胺（BPEI，AR，西格瑪奧德里奇（上海）貿易有限公司）;環氧氯丙烷（ECH，AR，阿拉丁試劑（上海）有限公司）;重鉻酸鉀（AR，天津市致遠化學試劑有限公司）。

傅里葉變換紅外光譜儀（FTIR，VERTEX70，德國布魯克公司）;元素分析儀（EA，PE2400Ⅱ，美國PE公司）;場發射掃描電鏡（SEM，HitachiSU8220，日本日立公司）;同步熱分析儀（TG，STA449F5，德國耐馳公司）;等離子發射光譜儀（ICP-OES，725ICP-OES，安捷倫公司）。

1.2BF/BPEIA的制備

用14%NaOH處理BF10min，BF與BPEI按質量比為1∶9加入BPEI，均勻混合。滴加一定量的ECH，直至混合物凝固，取出塊狀物進行研磨。45℃下反應2h，用蒸餾水洗滌直至濾液呈中性。60℃烘箱中，干燥材料至恒重，標記為BF/BPEIA。

1.3BF/BPEIA的結構表征方法

SEM表征：取少量待測樣品溶解于無水乙醇中，滴加到導電膠上干燥后進行噴金處理。熱重測試（TG）：溫度40～600℃，升溫速率10℃/min，在105℃時穩定30min以除去樣品水分。元素分析（EA）：氧氣和氦氣分別作為燃燒氣體和載氣，半胱氨酸為標樣。FTIR表征：樣品和KBr的質量比為1∶100。

1.4BF/BPEIA吸附性能測試方法

按吸附要求配制不同濃度的Cr（VI）溶液，將一定量的BF/BPEIA和50mLCr（VI）溶液加入至200mL錐形瓶中，置于25℃恒溫搖床中，反應3h后，濾液過0.22μm濾膜，吸附前、后溶液中的Cr（VI）濃度用ICP-OES測試，吸附容量和去除率用公式（1）和（2）計算。

2結果與分析

2.1BF/BPEIA的制備

2.1.1形貌分析。

BF和BF/BPEIA的表面形貌如圖1所示，由圖1可知，蔗渣纖維呈現棒狀結構，而BF/BPEIA整體呈塊狀。從尺寸上看，BF/BPEIA的直徑大約100μm，遠大于BF的直徑（20μm），這些現象表明纖維在交聯的過程中被包覆在材料的內部，形成了BF/BPEIA。

2.1.2FTIR分析。

圖2為BF和BF/BPEIA的FTIR譜圖，在BF的FTIR圖譜中可以觀察到纖維素的特征吸收峰：3355和1043cm-1歸屬于伯醇的伸縮振動;2901cm-1歸屬于C-H的伸縮振動;1433、1377和1317cm-1歸屬于羥基的面內彎曲振動;1204和1162cm-1歸屬于C-O-C的對稱和反對稱伸縮振動;896cm-1歸屬于β-糖苷鍵的特征吸收峰;711和662cm-1歸屬于羥基的面外彎曲振動[12-14]。相較于BF，BF/BPEIA在3352cm-1處出現了伯氨基的伸縮振動特征峰，1631cm-1歸屬于伯氨基的彎曲振動，1570cm-1歸屬于仲氨基的彎曲振動，1046cm-1歸屬于C-N的伸縮振動，這些均為BPEI的特征峰[15-16]。BPEI成功被引入到BF上。

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