时间:2024-09-03
孟 辉,于 艳
(辽东学院 化学工程学院, 辽宁 丹东 118003)
【化学工程与材料】
纤维素酯在处理电镀废水中的应用
孟 辉,于 艳
(辽东学院 化学工程学院, 辽宁 丹东 118003)
以纤维素为原料酯化制备纤维素酯,用制备的纤维素酯吸附电镀废水中的重金属离子。探究纤维素酯对重金属离子的吸附性能。在投料量0.12 g、吸附时间50 min、温度30 ℃、pH =3时 Cu2+吸附率为 94.74%;在投料量0.10 g、吸附时间2.5 h、温度25 ℃、pH=2~3时Cr(Ⅵ)的吸附率为90.54%;在投料量0.10 g、吸附时间40 min、温度25 ℃、pH=4时Ni2+吸附率为 91.25 %。模拟电镀废水的最佳吸附条件为:投料量0.12 g、吸附时间1 h、温度25 ℃、pH=3。在此条件下纤维素酯对电镀废水中重金属离子的吸附率为90.64%。吸附后的纤维素酯经洗脱,其再生率为73.05%。
纤维素酯;吸附;电镀废水;重金属离子
电镀废水含有较多的重金属离子,若随意排放不仅会污染环境和土壤,对人、畜的健康也会造成很大的危害。因此,对重金属废水的治理受到了人们的普遍关注。重金属废水处理方法主要有沉淀法、还原法、活性炭吸附法、反渗透膜法、离子交换法[1]等。这些方法在应用上各有不足,如沉淀和还原法步骤繁琐,活性炭吸附法再生效率低,反渗透膜法需要较大的驱动压力和膜修复,离子交换法所需的离子交换树脂价格高、树脂再生费用也高。近年来,一些新型的吸附剂如壳聚糖、纤维素等因其成本低、易得、可降解、环境友好而受到科学工作者的高度重视。于艳等人[2-4]利用农业废弃物通过对其改性作为吸附剂来处理重金属离子,收到了较好的效果。但利用纤维素制备的纤维素酯做吸附剂的研究还未见报道,本文以纤维素为原料,通过酯化制备了纤维素酯,用该纤维素酯处理了电镀废水。实验表明本法制备简单,吸附效率高、环境友好、可再生,是较好的重金属离子吸附剂。
1.1 原材料与仪器设备
1.1.1 原材料
丙酮、盐酸、硫酸镍、吡啶、无水乙醇、无水硫酸铜、氢氧化钠、碳酸钠、丁二酮肟、纤维素、N-甲基吡咯烷酮、无水氯化锂、对甲苯磺酰氯、柠檬酸氢二铵、双环己酮草酰二腙(BCO)、二苯碳酰二肼、酒石酸钾钠、氯化铵、硝酸。
1.1.2 仪器设备
722s可见分光光度计(上海精密科学仪器有限公司),HH-4S智能数显恒温水浴锅(巩义市予华仪器有限责任公司),YP802N电子天平(上海精密科学仪器有限公司),D2F-6050真空干燥箱(上海精密实验设备有限公司),KQ-C玻璃仪器气流烘干器(巩义市予华仪器有限责任公司)。
1.2 实验步骤
1.2.1 纤维素酯的酯化
将1 g纤维素和100 mL的N-甲基吡咯烷酮加入三口烧瓶,搅拌加热到120 ℃,保持2 h。降温到80 ℃时,加入9 g无水氯化锂,在此温度下继续搅拌2 h。停止加热至室温继续搅拌16 h,获得均相纤维素溶液。在溶液中加入2.7 mL吡啶,搅拌10 min,加入6.47 g 对甲苯磺酰氯,室温搅拌反应5 h。之后滴加10 mL水,继续搅拌30 min。然后将其倒入500 mL的酒精中沉淀出聚合物,用丙酮或者乙醇洗涤至无色。
1.2.2 铜标准储备液、缓冲溶液、显色剂的配制
称取1.000 g金属铜片加入至20 mL硝酸(1∶1)中加热溶解,后加入10 mL硫酸(1∶1)溶解,冷却后定容至1 L容量瓶中制得浓度为1.000 g/L铜标准储备液。取1.0 mol/L氯化铵加入浓氨水在pH计上配置氨-氯化铵(pH=9.0)缓冲溶液。制备40%柠檬酸铵溶液使显色反应在室温下立即完成。称取3.0 g BCO加入少量蒸馏水中溶解,然后加100 mL无水乙醇和400 mL温水,定容至1 L容量瓶中,配成0.3% BCO显色剂[5]。
1.2.3 铬标准储备液、缓冲溶液、显色剂的配制
称取0.500 0 g重铬酸钾溶于1 L水中,摇匀,制备铬标准液。取0.2 mol/L磷酸二氢钾250 mL加入0.2 mol/L氢氧化钠118 mL,用水稀释至1 L,制备成磷酸盐缓冲溶液。称取0.1 g二苯碳酰二肼,加入50 mL 95%乙醇使之溶解,再加入200 mL硫酸(1∶9)制成铬的显色剂,需保存于棕色瓶中[6-7]。
1.2.4 镍标准储备液、缓冲溶液、显色剂的配制
准确称取0.131 4 g硫酸镍加入到10 mL硫酸中,定容至100 mL容量瓶中,配置成1.000 g/L镍标准溶液。取20% 酒石酸钾钠10 mL、5% 氢氧化钠 4 mL、3%过硫酸铵5 mL,定容至100 mL容量瓶中,配置成pH=12的镍缓冲溶液。称取5 g丁二酮肟溶于500 mL 5%的氢氧化钠溶液中,配置成1% 丁二酮肟溶液作为显色剂[8]。
1.2.5 模拟电镀废水的制备
准确量取1.0 mg/L镍溶液50 mL、1.0 mg/L铬溶液50 mL、10 mg/L铜溶液50 mL定容至500 mL容量瓶。
2.1 标准曲线的绘制
2.1.1 铜标准曲线
分别移取10 mg/L铜标准液1.5、2.5、5、7.5、10 mL于5个25 mL容量瓶中,各加入5 mL缓冲溶液、5 mL显色剂、2 mL柠檬酸盐定容至25 mL容量瓶中,显色10 min,同时做空白。以空白为参比,在分光光度计上于600 nm波长处测量吸光度,绘制铜标准曲线,其线性方程:
y=0.134 9x+0.022 1,R2=0.994 5。
2.1.2 铬标准曲线
分别移取10 mg/L铬标准液0.125、0.25、0.5、0.75、1.0、1.25 mL,加入2 mL缓冲溶液、0.4 mL显色剂定容至25 mL容量瓶中,显色5 min,同时做空白。在540 nm波长处测得吸光度,绘制铬标准曲线,其线性方程:y=0.446 8x+0.027 6,R2=0.993 3。
2.1.3 镍标准曲线
分别移取10 mg/L镍标准液0.25、0.75、1.25、1.75、2.0、2.25、2.5、3.0、3.75 mL,加入2 mL 缓冲溶液、2 mL 显色剂定容至25 mL容量瓶中,显色3~5 min,同时做空白。在465 nm 波长处测得吸光度,绘制镍的标准曲线,其线性方程:y=0.691 3x+0.073 5,R2=0.995 4。
2.2 纤维素酯吸附各金属离子最佳条件的选择
2.2.1 时间
取1 mg/L铜离子10 mL、0.1 mg/L铬离子20 mL、0.1 mg/L镍离子20 mL,投料量为0.05 g,在20 ℃下,pH=5时吸附,每种离子做5~6次平行实验。吸附后调节pH,分别在600、 540、465 nm下测定吸光度,结果见图1。
由图1可知:纤维素酯吸附铜离子、铬离子、镍离子最佳时间分别为50 min、40 min和2.5 h。
2.2.2 温度
取1 mg/L铜离子10 mL 、0.1 mg/L铬离子20 mL、0.1 mg/L镍离子20 mL,投料量为0.05 g,分别在pH=5时反应50 min、40 min和2.5 h后,每种离子做5~6次平行实验。吸附后调节pH,分别在600 、540 、465 nm下测定吸光度,结果见图2。
由图2可知:纤维素酯吸附铜离子、铬离子、镍离子最佳温度分别为30 、25 和25 ℃。
2.2.3 pH值
取1 mg/L铜离子10 mL、0.1 mg/L铬离子20 mL、0.1 mg/L镍离子20 mL,投入纤维素酯0.05 g,分别在30、25和25 ℃下,吸附50 min、40 min和2.5 h,每种离子做5~6次平行实验。吸附后分别调节pH,分别在600、540、465 nm下测定吸光度,结果见图3。
由图3可知:纤维素酯吸附铜离子、铬离子、镍离子最佳pH值分别为3、2~3及4。
2.2.4 投料量
取1 mg/L铜离子10 mL、0.1 mg/L铬离子20 mL、0.1 mg/L镍离子20 mL,分别在pH=3、2~3、4,温度为30 、25 、25 ℃下吸附50 min、40 min、2.5 h,每种离子做5~6次平行实验。吸附后分别调节pH,分别在600、540、465 nm下测定吸光度,结果见图4。
由图4可知:纤维素酯吸附铜离子、镍离子、铬离子最佳投料量分别为0.12 、0.10和0.10 g。
2.3 对模拟三种混合离子电镀废水的吸附
在单一金属离子最佳吸附条件基础上,通过单因素实验,得出了模拟铜、镍、铬三种混合离子电镀废水的最佳吸附条件为:投料量0.12 g 、反应温度25 ℃、pH=3、吸附1 h。在此条件下平行测定三次,其平均吸光度为0.016,吸附率为90.64%。
2.4 纤维素酯的洗脱再生
吸附后的纤维素酯经0.5、1、2、3、4、5、6 mol/L的 HCl洗脱后,测定吸光度,计算再生率,见表1.
表1 纤维素酯的洗脱再生
用纤维素酯在各自最佳条件下吸附了铜、铬、镍离子,其吸附率分别为Cu2+94.74%、Cr(Ⅵ)90.54%、Ni2+91.25 %;对模拟混合离子电镀废水的吸附率为90.64%,吸附效果较好。
吸附后的纤维素酯经6 mol /L HCl洗脱后,测得吸光度为0.071,再生率为73.05%。
综上可见,改性后的纤维素具有较好的吸附效果,对电镀废水的吸附率超过了90%,为电镀废水的处理提供了新的依据。
[1]DABROWSKI A, HUBICKI Z, PODKOSCIELNY P. Selective removal of the heavy metal ions from waters and industrial wastewater by ion-exchange method[J].Chemosphere,2004,56:92-103.
[2]于艳,黄凤远. 改性稻草颗粒对铜离子的吸附研究[J]. 材料导报 B,2013,27(1):89-91.
[3]SHUKLA S R , PAI R S.Adsorption of Cu (Ⅱ),Ni(Ⅱ) and Zn(Ⅱ)on dye loaded groundnut shells and saw dust[J].Separation and Purification Technology ,2005,43( 1):l-8.
[4]AL-GHOUTI M A,LI J,SALAMH Y ,et al.Adsorption mechanisms of removing heavy metals and dyes from aqueous solution using date pits solid adsorbent [J].J Hazard Mater,2010 ,176 (1) :510-520.
[5]魏本群,邹为和.双环己酮草酰二腙分光光度法测铜的试验研究[J].山东电力技术,2003(6):45-46.
[6]张见立,王全杰,汤克勇.活性炭吸附脱色-分光光度法测定深色革样中的六价铬[J].中国皮革,2007,36(11):47-50.
[7]石书柳,吴丽梅,廖立兵.赤铁矿对模拟污水中重金属铬(Ⅵ)离子的吸附及固定化[J].化工进报,2013,32(8):230-235.
[8]张静,胡国强,张门兰.丁二酮肟分光光度法测定硫酸镍生产废水中的镍[J].化学工程师,1997,60(3):22-24.
(责任编辑:鞠衍清)
Application of cellulose acetate in electroplating wastewater treatment
MENG Hui, YU Yan
(SchoolofChemicalEngineering,EasternLiaoningUniversity,Dandong118003,China)
Cellulose acetate prepared by esterfying cellulose was used to absorb heavy metal ions including Cu2+, Cr (VI) and Ni2+in electroplating wastewater. The results showed that the adsorption rate for Cu2+was 94.74% with 0.12 g inventory, 50 min adsorption time, 30 ℃ temperature and 3 pH value. The adsorption rate for Cr(Ⅵ)was 90.54% with 0.10 g inventory, 2.5 h adsorption time, 25 ℃ temperature and 2-3 pH value. The adsorption rate for Ni2+was 91.25 % with 0.10 g inventory, 40 min adsorption time, 25 ℃ temperature and 3 pH value. Based on these data, the adsorption experiment for simulated electroplating wastewater was conducted and the best adsorption rate 90.64% for heavy ions was obtained with 0.12 g inventory, 1 h adsorption time, 25 ℃ temperature and 3 pH value. The cellulose acetate after the adsorption was eluted and the regeneration rate was 73.05%.
cellulose acetate; adsorption; electroplating wastewater; heavy metal ion
10.14168/j.issn.1673-4939.2017.01.01
2106-11-08
孟辉(1961—),女,辽宁丹东人,教授,研究方向:分析化学。
O647.3
A
1673-4939(2017)01-0001-05
我们致力于保护作者版权,注重分享,被刊用文章因无法核实真实出处,未能及时与作者取得联系,或有版权异议的,请联系管理员,我们会立即处理! 部分文章是来自各大过期杂志,内容仅供学习参考,不准确地方联系删除处理!