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壳聚糖微球对二甲酚橙的吸附研究

文章来源:本站原创 作者:刘帆 发布时间:2008年06月08日 点击数:

壳聚糖微球对二甲酚橙的吸附研究

摘要

本文研究了壳聚糖微球对二甲酚橙的吸附性能,壳聚糖微球是一种用途广泛的天然高分子阳离子吸附剂,具有吸附分离水溶液中二甲酚橙的能力。本文系统地通过分光光度法探讨了溶液初始pH值、吸附时间、二甲酚橙的初始质量浓度、吸附剂的用量及其粒径大小对二甲酚橙的吸附率的影响。结果表明:在pH值为4.90及常温下,吸附时间为2h,二甲酚橙溶液的初始质量浓度为32mg/L,吸附剂用量为0.03g/100mL,颗粒直径在100μm左右时吸附率可高达93.6﹪。

关键词:二甲酚橙;壳聚糖微球;吸附


Abstract

This article has studied chitosan microsphere adsorption the xylenol orange. This article has systematically discussed the solution initial pH value, the adsorption time, the xylenol orange initial mass density, the chitosan microsphere amount used and its size through the spectrophotometric method to the xylenol orange adsorption rate influence.The results showed when the chitosan microsphere size about 100μm, with its concentration of 0.03g/100mL, with adsorption time of 2h, at pH 4.9 and room temperature.The adsorption was 93.6%.

Key words: Xylenol orange ; Chitosan microsphere ; Adsorption


前言

目前,在利用吸附法对染料废水进行预处理和深度处理中,发展天然高分子吸附剂逐渐成为一种趋势。壳聚糖的来源十分丰富,是甲壳素经脱乙酰化的产物,还是一种天然的生物高分子线性多糖。由于其结构的特殊性以及它的无毒性、亲水性、生物相溶性、生物可降解性、抗菌性等性质,使它作为吸附剂具有一定的优越性。利用壳聚糖微球吸附法处理染料废水,国内外已经开展了一些研究。将壳聚糖合成高分子微球,大大提高了壳聚糖的吸附性能。

1 文献综述

1.1课题的研究背景

壳聚糖及其衍生物作为吸附剂、絮凝剂、杀菌剂、离子交换剂等,用于二甲酚橙废水的脱色、饮用水的净化、重金属离子的回收、硬水软化、糖蜜及果汁的澄清、工业废水的处理、氨基酸、蛋白质的分离和回收等。美国、日本等在饮用水的净化、废水处理中,所使用的处理药剂都改用壳聚糖及其改性产品。国内在这方面的研究还刚刚起步,有待深入。壳聚糖分子链上的氨基和羟基都是很好的配位基团,其在酸性溶液中会形成高电荷密度的阳离子聚电解质,显示良好的络合性能和吸附性能,将壳聚糖制成高分子微球,使壳聚糖和高分子微球的功能相结合,由于壳聚糖微球的独特分子结构和性质,使它对许多类型的酸性偶氮染料具有很高的亲和力,因此在废水处理领域具有十分广阔的应用前景。

1.2壳聚糖微球吸附二甲酚橙的机理            

1.2.1壳聚糖微球吸附二甲酚橙的机理

在酸性条下件,上述化学平衡就会向右移动,壳聚糖微球分子中的-NH2质子化形成-NH3+,从而因静电引力强烈吸附阴离子染料;在碱性条件下,上述化学平衡向左移动,不利于对阴离子染料的吸附。

从二甲酚橙的分子结构看,其分子结构上存在着-SO3-,在较低的pH值之下壳聚糖微球分子上的-NH2被质子化形成-NH3+,增强了与染料分子中阴离子之间的静电引力,从而提高了吸附量。

染料的解离方程式      RSO3Na  RSO3- + Na+

壳聚糖微球的吸附      CSNH2 + H+    CSNH3+

                   CSNH3++ RSO3-   CSNH3SO3R

由此可知壳聚糖微球对有机染料的吸附机理主要在于阴离子的交换吸附特性因此最适合处理主要含阴离子的酸性染料废水。

1.3研究问题的提出及方案设计

壳聚糖微球由于分子中存在氨基、羟基和其他基团,可借氢键、也可借盐键形成具有类似网状结构的笼形分子,对许多金属离子进行螯合,因而能有效的吸附或捕集溶液中的金属离子,特别是用于对那些有毒金属离子吸附时,具有非常积极的作用。

2 实验部分

2.1壳聚糖微球吸附二甲酚橙的初步研究

2.1.1溶液初始pH值对吸附率影响的研究

同上再配制不同pH值的二甲酚橙标准溶液五份,进一步探讨溶液初始pH值对吸附率的影响。

吸附率的计算公式如下:q=VCoCt/m

2.1.2吸附时间对吸附率影响的研究

配制100mLpH4.9020mg/L的二甲酚橙标准溶液七份,分别置于250mL锥形瓶中,再加入0.0250g壳聚糖微球,在常温下,将它们分别放在振荡器上振荡不同的时间,依次为0.5h1h1.5h2h2.5h。过滤后测出各滤液的吸光度,进而计算并绘制出吸附率与吸附时间关系图。

2.1.3二甲酚橙的初始质量浓度对吸附率影响的研究

配制100mLpH4.90的不同质量浓度的二甲酚橙标准溶液六份,分别置于250mL锥形瓶中,再加入0.0250g壳聚糖微球,振荡2h后过滤,测出各滤液的吸光度并计算吸附率。同上再配制不同质量浓度的二甲酚橙标准溶液五份,进一步研究二甲酚橙的初始质量浓度对吸附率的影响。

2.1.4吸附剂用量对吸附率影响的研究

配制100mLpH4.9032mg/L的二甲酚橙标准溶液五份分别向其中加入不同用量的吸附剂,振荡吸附2h后过滤,测出各滤液的吸光度,进而计算并绘制出吸附率与吸附剂用量的关系图。

2.1.5壳聚糖微球粒径大小对平衡吸附量的影响研究

配制100mLpH4.9032mg/L的二甲酚橙标准溶液三份,分别置于250mL锥形瓶中再分别加入0.0250g直径分别为:A.5097μm, B. 97158μm, C.158200μm的吸附剂样品,在室温下振荡2h,过滤,测出各滤液的吸光度并计算出吸附率

 

3结果与讨论

3.1溶液初始pH值对吸附率的影响

pH值为4.9及常温条件下壳聚糖微球的吸附率最高,故选用溶液初始pH值为4.9,即壳聚糖微球吸附二甲酚橙的最佳pH值为4.9

 

3.2吸附时间对壳聚糖微球吸附二甲酚橙的影响

 

吸附时间的长短也是衡量一种吸附剂是否优良的指标之一。由做实验可看出,在2h达到平衡,这说明就在2h达到吸附平衡,故选用2h的吸附时间。

 

 

 

3.3二甲酚橙的初始质量浓度对吸附率的影响

 

当二甲酚橙的质量浓度在32mg/L,壳聚糖微球对二甲酚橙的吸附率较高。

3.4吸附剂用量对吸附率的影响

由图可看出,在其它条件相同的情况下,最佳吸附剂用量为0.03g/100mL

 

3.5壳聚糖微球粒径大小对吸附率的影响

利用壳聚糖微球样品中的颗粒直径为(5097μm97158μm158200μm)的吸附剂分别对二甲酚橙进行吸附,所得结果见表3-1

 

 

壳聚糖微球的直径(μm

平衡吸附量(mg/g

吸附率(%

5097

119.8

93.6

97158

118.3

92.4

158200

117.8

92.0

结论

通过实验发现,壳聚糖微球对二甲酚橙的最佳吸附条件为:在常温下pH值为4.90、吸附时间为2h、二甲酚橙的初始质量浓度为32mg/L、吸附剂用量为0.03g/100mL、颗粒直径在100μm左右时吸附率可高达93.6﹪。

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