污水處理中二醛纖維素對Cu（II）、Cr（VI）、Zn（II）的吸附性能研究

李尚優(yōu) 曹龍?zhí)?/p>

摘 要：采用高碘酸鈉溶液對棉纖維進行選擇性氧化制得二醛纖維素，運用二醛纖維素對不同重金屬離子溶液做吸附性能測試。研究結(jié)果表明，二醛纖維素對Cu（II）、Cr（VI）、Zn（II）等重金屬離子有良好的吸附作用。

關(guān)鍵詞：纖維素 氧化 重金屬離子 吸附性能

中圖分類號：Q5.1 T3101 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2013）03（a）-0-04

隨著經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展，工業(yè)化帶來的環(huán)境污染越來越嚴重，許多重金屬離子污染物被排入江流河海和滲入土壤深層。重金屬離子難以被自然降解，可長期潛伏在土壤和水中，并隨食物鏈進入植物體、動物體甚至人體，在人體內(nèi)不斷蓄積從而危害人體健康，當前越來越多的重金屬中毒事件充分說明了這一點。因此，工業(yè)廢水廢渣中重金屬離子的去除和回收再利用顯得尤為重要[1-2]。

常用去除污水中重金屬離子的方法主要有氧化還原、化學沉淀、離子交換、吸附、膜分離等。活性炭和各種離子交換樹脂作為常用的吸附劑和離子交換劑，其價格昂貴且不易再生。

纖維素基吸附材料用作吸附、分離、提取過度重金屬離子和貴重金屬離子，從經(jīng)濟和環(huán)境保護角度都具有十分重要的意義。一是纖維素是自然界中最為豐富的可再生生物質(zhì)資源，具有環(huán)境友好等優(yōu)點；另一方面，纖維素來源廣泛且價格低廉，棉花、木材、竹子、麻以及各種植物的秸稈、殼皮等都是纖維素的重要來源[3-6]。

但自然界中獲得的各種纖維素材料，如棉、麻纖維以及各種秸稈中提取的纖維素因具有較高的結(jié)晶度，纖維素大分子排列緊密，葡萄糖上眾多羥基間形成了大量的分子間和分子內(nèi)氫鍵，從而影響了纖維素材料對重金屬離子的吸附性能。

目前使用較多的是纖維素基衍生物材料，其中氧化纖維素因在制備過程中破壞了纖維素內(nèi)的氫鍵等次價鍵，使大分子結(jié)構(gòu)更加松散，同時在纖維素大分子鏈上引入活性醛基或活性羧基，從而具有更加突出的吸附性能。

我們選用高碘酸鈉溶液氧化棉纖維素的方法制備氧化纖維素，氧化后纖維素上的醛基基團對污水中的重金屬離子具有良好的吸附作用。同時，氧化后的高碘酸鈉溶液經(jīng)簡單處理后可重復利用。

1 實驗部分

1.1 實驗材料與藥品

精煉后棉纖維；高碘酸鈉，丙三醇，氫氧化鈉，鹽酸，氯化銅，氯化鋅，鉻酸鈉等均為AR級。

1.2 樣品制備

（1）氧化纖維素制備

稱取一定質(zhì)量的棉纖維，置于棕色錐形瓶中，加入適量一定濃度的高碘酸鈉溶液，在一定溫度下持續(xù)攪拌避光氧化一定時間，然后將反應后的棉纖維于0.1 mol/L丙三醇水溶液中浸泡半小時（除去未反應的高碘酸鈉），再用去離子水充分清洗后浸泡24 h（以充分去除氧化劑和丙三醇），最后干燥平衡后封袋保存待用。

（2）吸附試驗

1.3 測試儀器及方法

1.3.1 氧化纖維素醛基含量測定

2.1.2 紅外光譜分析

高碘酸鈉選擇性氧化棉纖維素的反應方程式如圖2所示。棉纖維素大分子的基本結(jié)構(gòu)單元為葡萄糖，高碘酸鈉選擇性氧化棉纖維時，將纖維素大分子葡萄糖環(huán)C2-C3鍵劈開，兩個仲羥基被氧化成醛基，得到二醛纖維素。同時，高碘酸鈉中的高碘酸根被還原生成亞高碘酸根，經(jīng)氧化處理后，亞高碘酸根能重新轉(zhuǎn)化成高碘酸根，因此，高碘酸鈉能夠重復使用。

2.2 氧化條件優(yōu)化

2.2.1 高碘酸鈉濃度的影響

2.2.2 氧化溫度的影響

2.2.3 氧化時間的影響

氧化纖維素中醛基上的未成對的孤對電子可與重金離子形成絡(luò)合物，同時，氧化纖維素中處于臨位的二醛基具有明顯二齒螯合效應。但當氧化時間大于一定值后，氧化纖維素對重金屬離子的吸附能力達到一個相對平衡值，這是由于低氧化程度下，棉纖維表面不斷出現(xiàn)的剝蝕刻痕有利于高碘酸根向纖維素內(nèi)部滲透和發(fā)生氧化反應；而隨著纖維素中醛基含量的增大，其與鄰近位置上羥基形成的半縮醛結(jié)構(gòu)增多，同時醛基的增多也增加了氫鍵等次價結(jié)構(gòu)的形成，從而產(chǎn)生收縮和褶皺，一是醛基含量相對減少，二是纖維結(jié)構(gòu)變得密實，兩者都對氧化纖維素重金屬離子的吸附性能產(chǎn)生弱化作用。

2.3 吸附條件優(yōu)化

3 結(jié)語

（1）棉纖維素經(jīng)高碘酸鈉溶液氧化后可獲得二醛纖維素，其醛基含量主要受高碘酸鈉質(zhì)量濃度、氧化時間和氧化溫度影響。結(jié)合氧化纖維素對重金屬離子的吸附性能，較優(yōu)氧化工藝為：氧化時間24 h、氧化溫度45 ℃、高碘酸鈉溶液濃度10.7 g/L。

（3）當氧化程度較低時（高碘酸鈉質(zhì)量濃度和氧化溫度較低、氧化時間較短），棉纖維素表面出現(xiàn)剝蝕刻痕，對氧化纖維素醛基含量的增加和重金屬離子吸附能力的提升有利；當氧化程度加深后，棉纖維素氧化得到的二醛可與纖維素大分子中未被氧化的羥基發(fā)生羥醛縮合而形成半縮醛，纖維縱向出現(xiàn)收縮、褶皺，從而影響重金屬離子的吸附性能。

（4）氧化纖維素在偏離中性溶液中的穩(wěn)定性不佳，所以中性的重金屬離子溶液有利于氧化纖維素吸附性能的發(fā)揮。

參考文獻

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