葡萄秸秆原料, 陕西省渭南市, 2014年, 取其茎秆部分, 切成长约3 cm, 粉碎。

氢氧化钠, 质量分数17.5%, 分析纯; 低分子聚酰胺树脂650:相对分子质量600~1 100, 分析纯, 江西宜春金城化工厂; 环氧树脂和环己烷, 科安隆博华(天津)医药有限公司, 分析纯。

101-1A电热鼓风干燥箱; SHZ-D(Ⅲ )循环式真空水泵; WFX-原子吸收分光光度计。

秸秆的提纯:去皮、清洗干燥粉碎的秸秆, 用80目的网收集粉碎物料, 用质量分数17.5%的氢氧化钠溶液浸泡48 h^[11], 抽滤, 烘干, 备用。

50 mL烧杯中依次加入1 g葡萄纤维素和交联剂环氧树脂1.5 g, 然后加入适量环己烷溶解环氧树脂, 搅拌30 min, 使其充分反应。抽滤掉多余的环氧树脂, 烧杯中加入2 g聚酰胺, 继续搅拌30 min, 反应温度25 ℃, 静置12 h, 抽滤, 得到棕褐色胶黏状物即聚酰胺-葡萄纤维素吸附剂(PA-GSC), 备用。

分别加入50 μ g、100 μ g、150 μ g、200 μ g和250 μ g的Co²⁺标准溶液于50 mL容量瓶中, 用去离子水定容。采用WFX-原子吸收分光光度计, 测定不同浓度溶液的吸光度, 绘制标准曲线, 见图1。

图 1

Figure 1

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 1 Co2+标准曲线Figure 1 Standard curve of Co2+

得到的Co²⁺标准曲线方程为:

A=0.0 152c+0.014 48

式中, A为Co²⁺吸光度, c为Co²⁺浓度, mg· L^-1, 线性相关系数R²=0.996 71。

采用相同的方法绘制Fe²⁺标准曲线, 如图2所示。

图 2

Figure 2

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 2 Fe2+标准曲线Figure 2 Standard curve of Fe2+

得到的Fe²⁺标准曲线方程为:

A=0.039 98c+0.003 11

式中, A为Fe²⁺吸光度, c为Fe²⁺浓度, mg· L^-1, 线性相关系数R²=0.999 39。

采用原子吸收分光光度法测定Co²⁺和Fe²⁺。

Co²⁺和Fe²⁺吸附率按下式计算:

R_a= c0-cc0× 100% (1)

式中, R_a为吸附率; c₀、c 分别为吸附前后金属离子浓度, mg· L^-1。

吸附量按下式计算:

Q= (c0-c)×Vm(2)

式中, Q为吸附量, mg· g^-1; c₀、c分别为吸附前后金属离子浓度, mg· L^-1; V为溶液体积, L; m为吸附剂的质量, g。

1.5.1 环氧树脂用量

配制100 mg· L^-1的Co²⁺和Fe²⁺溶液, 称取1 g葡萄纤维素于烧杯中, 分别加入0.5 g、1 g、1.5 g和2 g环氧树脂, 加入适量环己烷溶解环氧树脂, 搅拌30 min, 使反应充分, 抽滤掉多余的环氧树脂。

称取2 g聚酰胺, 分别加入烧杯中, 继续搅拌30 min。反应温度25 ℃, 静置12 h , 抽滤得到棕褐色胶黏状物即PA-GSC吸附剂。制得的PA-GSC吸附剂中分别加入100 mg· L^-1的Co²⁺、Fe²⁺溶液30 mL, 反应2 h, 过滤, 取其上清液, 测定吸附量。

1.5.2 反应温度

称取4.5 g的 PA-GSC吸附剂于烧杯中, 分别加入100 mg· L^-1 的Co²⁺、Fe²⁺溶液30 mL。将反应温度分别控制在15 ℃、25 ℃、35 ℃和45 ℃, 反应2 h, 过滤, 取其上清液, 测定吸附量。

1.5.3 反应时间

称取4.5 g的PA-GSC吸附剂于烧杯中, 分别加入100 mg· L^-1 的Co²⁺、Fe²⁺溶液30 mL, 25 ℃分别振荡15 min、30 min、60 min和120 min, 过滤, 取其上清液, 测定吸附量。

环氧树脂由于具有特殊的化学结构被广泛用作交联剂, 环氧树脂中含有活泼环氧基和羰基, 可与多种类型的固化剂发生交联反应; 羰基碳原子带有部分正电荷, 使其容易和一些极性基团发生亲核反应; 另一方面, 纤维素的C₂和C₃羟基由于电荷的极化使氧原子带有负电荷, 聚酰胺基上的氮原子中存在未共用的电子对使之具有亲核性, 这些氨基和羟基容易和带有部分正电荷的羰基碳发生反应。本实验使用环氧树脂为交联剂, 通过环氧树脂上的羰基分别与纤维素分子上的羟基和聚酰胺分子上的氨基反应。

按照m(PA):m(GSC)=2:1, 在反应温度25 ℃、反应时间12 h、环氧树脂用量分别为0.5 g、1.0 g、1.5 g和2.0 g条件下, 将制取的吸附剂分别与100 mg· L^-1的Co²⁺和Fe²⁺溶液反应2 h, 发现随着环氧树脂用量增加, Fe²⁺溶液颜色变浅, 环氧树脂用量为1.5 g时, 颜色最浅; Co²⁺溶液的颜色也在环氧树脂用量为1.5 g时, 颜色变得最浅。根据目视比色法, 认为当m(PA):m(GSC)=2:1时, 应加入1.5 g环氧树脂。采用原子吸光光度法进行定量分析, 结果如图3所示。

图 3

Figure 3

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 3 环氧树脂用量对吸附量的影响Figure 3 Effects of ethoxyline resin amount on adsorbance

由图3可以看出, 环氧树脂用量为1.5 g时, 吸附性能最好。其主要原因是环氧树脂用量不足, PA和GSC均过量, 合成的吸附剂吸附效果差; 继续增加环氧树脂用量, 吸附剂吸附效果降低, 最佳环氧树脂用量为1.5 g。

反应温度对金属离子的吸附性能有一定影响, 温度过低, 环氧树脂为黏稠状液体, 不利于反应进行; 升高温度, 环氧树脂黏稠度降低, 有利于反应进行。考察不同反应温度对吸附量的影响, 结果见图4。

图 4

Figure 4

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 4 反应温度对吸附量的影响Figure 4 Effects of reaction temperatures on adsorbance

由图4可以看出, 反应温度低于25 ℃时, 温度对Co²⁺和Fe²⁺吸附量影响较明显; 继续升高反应温度, 对Co²⁺吸附量影响不明显, 但随着反应温度升高, Fe²⁺吸附量减小。

吸附平衡时间对吸附量的影响如图5所示。由图5可见, 从吸附开始至60 min, PA-GSC对Fe²⁺和Co²⁺的吸附速率较快, 60 min后吸附趋于平稳, Fe²⁺ 和Co²⁺的最大吸附量分别为22.40 mg· g^-1和16.82 mg· g^-1 。

图 5

Figure 5

	Figure Option ViewDownloadNew Window
	图 5 吸附平衡时间对吸附量的影响Figure 5 Effects of adsorption equilibrium time on adsorbance