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植酸溶液应用在染料污染物吸附性领域---国伦美生物植酸溶液(70%)阿里促销中

      在印染行业中,各种合成有机染料被广泛使用,即使将含少量染料的废水排放到自然环境中,也会严重污染水资源,影响生态系统和人类健康. 研究发现,一些染料有较强的毒性,可以致病和致癌. 因此,去除废水中的染料一直是一个重要的环境问题. 目前对于染料废水的处理有絮凝、混凝、生物降解、催化氧化、离子交换、吸附等方法. 吸附法是近年处理能力最为优异、应用范围最广的一种方法. 所以,制备一种成本低、性能好的吸附剂就成为科研人员的研究目标. 例如,Mahanta等利用2种磺酸掺杂改性聚苯胺,制备了一种对阴离子型染料有显著吸附效果的吸附剂. 聚苯胺由于其良好的电化学可逆性,优良的氧化还原性和良好的环境稳定性,被认为是最具应用前景的一类有机导电聚合物. 多糖是一类分子链上含有大量羟基的高分子化合物. 所以,多糖能够吸附各种染料分子和金属离子等. 本文采用一步反应,在聚苯胺的形成过程中加入多糖(如海藻酸钠、壳聚糖等),并利用植酸作为掺杂剂与凝胶促进剂,成功制备了聚苯胺-多糖复合凝胶. 整个反应条件温和,操作简单易行,并且聚苯胺-多糖复合凝胶对阴离子型染料具有很好的选择吸附性能. 

     1 实验部分 

     1.1 聚苯胺-多糖复合凝胶的制备方法 1)在10 mL去离子水中加入4.5 mL植酸溶液(质量分数为70 %),搅拌5 min;接着加入5 mL的2 mg/mL海藻酸钠水溶液或壳聚糖(质量分数为2 %的乙酸溶液)水溶液搅拌10 min. 2)缓慢加入2.3 mL苯胺,溶液出现乳白色絮状物,持续搅拌30 min. 3)在冰浴条件下,将配好的含有1.43 g过硫酸铵(ammonium persulphate,APS)的5 mL水溶液缓慢滴加入乳白色溶液中,并搅拌5 min,静置反应 2 h得到聚苯胺-海藻酸钠复合凝胶(polyaniline- polysaccharide-sodium alginate,PANI-PSA)或聚苯胺-壳聚糖复合凝胶(polyaniline-polysaccharide- chitosan,PANI-PSC). 

     1.2 聚苯胺-多糖复合凝胶的表征与测试 采用Nicolet Impacr-420红外光谱(Fourier transform infrared spectroscope,FT-IR)仪、JSM-5510LV扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)与TU1901紫外可见分光光度计(ultraviolet and visible spectrophotometer,UV-vis)对样品进行表征. 染料吸附测试:分别配制刚果红(congo red,CR)、甲基橙(methyl orange,MO)及亚甲基蓝(methylene blue,MB)溶液,将0.1 g聚苯胺-多糖复合凝胶放入染料溶液中,在20 ℃下搅拌,以10 min的间隔,取样离心得上清液,用UV-vis检测溶液的染料浓度. 聚苯胺-多糖复合凝胶对染料的吸附率([η],%)和吸附量([qe],mg/g)的计算公式如下: [η=(ρo-ρe)ρo×100%], (1) [qe=(ρo-ρe)Vm], (2) 式(1)和式(2)中:[ρo]为待测溶液的染料起始浓度,mg/L;[ρe]为取样溶液的染料浓度,mg/L;[V]为测试溶液的体积,L;[m]为复合凝胶的质量

     2 结果与讨论

     2.1 FT-IR表征 聚苯胺-多糖复合凝胶的FT-IR谱如图1所示. 图1中的1 580 cm-1处出现的特征峰是醌式结构N=Q=N特征振动吸收峰,1 494 cm-1处出现的特征峰是苯式结构N-C-N特征振动吸收峰,1 311 cm-1处出现的特征峰是聚苯胺骨架C-N 伸缩振动吸收峰,1 240 cm-1处出现的特征峰是掺杂态聚苯胺C-N 伸缩振动吸收峰,823 cm-1处出现的特征峰是由于质子化造成的C-H 面外弯曲振动吸收峰,均为掺杂态聚苯胺的特征峰. 3 750 cm-1~2 500 cm-1处的缔合峰证明了多糖的存在. 

     2.2 SEM表征 聚苯胺-多糖复合凝胶的SEM图如图2所示. 从图2中可以看出,聚苯胺-多糖复合凝胶是由多层片结构构成,片层之间分布着大量的孔道结构,这种孔道结构使得聚苯胺的比表面积增加数倍,从而极大地提高了它对染料的吸附效果. 

     2.3 吸附性能测试 

     2.3.1 选择吸附测试 分别配制25 mg/L的CR、MO和MB溶液,分别放入0.1 g的复合凝胶,在20 ℃下搅拌,检测复合凝胶的选择吸附性能. 检测结果如图3所示,复合凝胶对CR、MO这类阴离子型染料能很好地吸附,吸附率都大于95 %;而对MB这类阳离子型染料的吸附率却不足18 %,结果表明聚苯胺-多糖复合凝胶针对离子型染料具有选择吸附性. 之所以有这样的结果,是因为聚苯胺本身带有正电荷,而CR、MO为阴离子型染料,电性与聚苯胺相反,相互吸引,所以具有良好吸附性能;而MB是阳离子型染料,电性与聚苯胺相同,相互排斥,所以吸附效果差. 

    2.3.2 最大吸附量测试 配制质量浓度分别为10 mg/L、25 mg/L、50 mg/L、100 mg/L的CR溶液,并加入0.1 g复合凝胶,在20 ℃下搅拌,检测聚苯胺-多糖复合凝胶的最大吸附性能. 检测结果如图4所示,在CR的质量浓度小于100 mg/L且搅拌30 min后,复合凝胶将绝大多数CR吸附;在CR质量浓度达到100 mg/L且搅拌100 min后,聚苯胺-多糖复合凝胶对CR吸附达到平衡. 可以计算出,PANI-PSA和PANI-PSC的最大吸附量分别为56.8 mg/g和57.7 mg/g. 

   2.3.3 吸附动力学研究 在20 ℃且复合凝胶用量为0.1 g的情况下,采用准二级动力学方程(pseudo-second-order kinetic),拟合复合凝胶吸附CR在不同起始质量浓度下的准二级动力学曲线,拟合的参数和曲线分别如表1、表2和图5所示. 准二级动力学方程为: [dqedt=k2(qe-qt)2], (3) 式(3)中:[k2]为方程的速率常数;[qe]为复合凝胶的吸附量,mg/g. 对式(3)积分,并且采用边界条件[qt]=0和[t]= 0得到公式(4): [tqt=1k2q2e+tqe], (4) 式(4)中:[t]为时间,min. 结果表明聚苯胺-多糖复合凝胶吸附CR的吸附动力学能很好的被准二级动力学模型拟合. 3 结 语 本文采用一步反应,在聚苯胺的形成过程中加入多糖(如海藻酸钠、壳聚糖等),并利用植酸掺杂剂与凝胶促进剂,成功制备了聚苯胺-海藻酸钠复合凝胶与聚苯胺-壳聚糖复合凝胶. 聚苯胺-多糖复合凝胶具有较好的选择吸附性能,可以在短时间内对阴离子型染料有很大的吸附容量. 经测试可得,在CR起始浓度为100 mg/L,经过100 min后,PANI-PSA和PANI-PSC的最大吸附量分别为56.8 mg/g和57.7 mg/g. 聚苯胺-多糖复合凝胶对于CR的吸附行为可以用准二级动力学模型进行很好地拟合. 这类聚苯胺-多糖复合凝胶可用于染料废水处理. 

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