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壳聚糖基杂化膜的制备及吸附Cr3+研究

更新时间:2016-07-05

印染、采矿、电镀等行业在生产过程中会产生大量的含铬废水.铬离子毒性强,可通过食物链在人体中富集,严重威胁人体健康[1-3].目前,含铬废水的处理方法主要有吸附法[4]、电解法[5]、离子交换法[6]等,但它们都存在着工艺复杂、成本高,易产生二次污染等问题.因此,研发一种工艺简单、低成本、高效、无二次污染的处理方法是工业生产中亟待解决的问题[7].

(3)师资队伍结构不合理,青年教师缺乏成长机会。由于独立学院师资队伍的结构不合理,没有形成合理的“老、中、青”教师梯队,使得科研和教学工作中的 “传、帮、带” 团队效应大大削弱。同时,由于独立学院建校时间短,科研基础薄弱,加上缺少科研政策扶持、资金投入和正确引导,独立学院的教师取得科研立项的机会相对较少,参加国内外重量级学术会议的机会也十分有限,青年教师缺乏个人成长的机会,进一步加大了师资队伍的不稳定性。

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壳聚糖(CS)是甲壳素脱乙酰化产物,其分子链上含有大量的氨基,氨基可与重金属离子结合形成稳定的螯合物,因此可用于工业废水中重金属离子的处理[8].纯CS膜机械性能差、稳定性差、在酸性条件下易溶解,很难投入实际应用.在CS基体中引入无机成分制备有机-无机杂化膜,可以显著改善CS膜的综合性能.其中,利用CS与硅烷偶联剂经原位水解-缩合反应制备杂化膜,杂化膜中有机无机组分均匀分散,且具有网状结构,使CS膜的机械性能、稳定性和耐酸性能大幅提高[9-10].何雪梅[11]等利用CS与乙烯基三乙氧基硅氧烷制备的有机-无机杂化膜,不仅机械性能增强、稳定性增高,吸附性能也有较大提高.

利用CS与硅烷偶联剂(γ-二乙烯三胺丙基甲基二甲氧基硅烷,KH-603)杂化交联制备CS/KH-603有机-无机杂化膜,通过引入造孔剂使薄膜具有多孔性,制得的多孔杂化膜的水溶性大大降低,薄膜的稳定性和吸附性能显著提高.杂化膜经再生处理后,可以多次使用,吸附效果没有明显下降.

1 实验部分

1.1 主要试剂

纯CS膜、KH-603、杂化膜的FTIR图谱如图1所示.在纯CS图谱中,2 904 cm-1是C-H伸缩振动吸收峰,1 660 cm-1、1 544 cm-1是N-H弯曲振动吸收峰.1 371 cm-1为C-O振动吸收峰,1 321 cm-1为O-H振动吸收峰.在KH-603图谱中,2 928 cm-1为-CH2不对称伸缩振动吸收峰,2 829 cm-1为C-H伸缩振动吸收峰,1 254 cm-1为O-H弯曲振动吸收峰,1 080 cm-1为C-O振动吸收峰.由于杂化膜中CS占主要成分,所以杂化膜的图谱主要呈现CS的特征,杂化膜在1 554 cm-1、1 440 cm-1、1 005 cm-1处的吸收峰增强是CS和KH-603共同作用的结果.在1 660 cm-1处N-H吸收峰减弱是由于CS和KH-603发生了脱水缩合反应.

3.3.2 追肥 应按照“适、巧、浅、匀”要求,依据树龄、树势和目标产量,于最需肥时期施入相应肥料,并搅拌均匀。

1.2 试验方法

式中, Co为Cr3+起始浓度;C为吸附后Cr3+浓度.

(2)杂化膜的制备.称取2.0 g CS溶解在100 mL的乙酸溶液(2%)中.将2.2 mL KH-603缓慢滴加到CS溶液中再加入10.0 mL的无水乙醇混合搅拌2 h,然后室温下静置消泡.取反应后的溶液在玻璃板上流涎成膜,流涎成的膜自然风干,即得CS/KH-603杂化膜.为得到多孔性杂化膜,增加吸附点位,在CS溶液中添加一定量的苯丙氨酸(Phe)和NaCl.其他步骤同上.

(3)杂化膜吸附试验.取38.46 g九水硝酸铬于烧杯中加入200 mL去离子水溶解,待九水硝酸铬固体完全溶解后把溶液倒入500 mL的容量瓶定容得到10.00 g/L的Cr3+溶液用作储备液.取10 mL上述储备液于100 mL容量瓶定容,然后倒入干净的烧杯中.吸附前Cr3+质量浓度记做Co.称取一定量的杂化膜于溶液中静置吸附一定的时间,吸附后的溶液中Cr3+的质量浓度记做C.

吸附率

(1)纯CS膜的制备.称取2.0 g CS于干净的烧杯中,再向烧杯中加入100 mL的乙酸溶液(2%)放在自动搅拌器上搅拌直至CS完全溶解,然后将CS溶液在室温下静置消泡.消泡结束后在玻璃板上流涎成膜,流涎成的膜自然风干,即得纯CS膜.

1.3 杂化膜及吸附表征

(2)扫描电镜分析.利用日本岛津公司的电子扫描显微镜(SEM)对制得的杂化膜形貌进行观测,进行SEM分析前对膜样品进行喷金处理.

(1)红外光谱分析.采用美国Thermo Fisher公司生产的红外光谱分析仪对待测样品进行FT-IR分析,测试样品在干燥箱中干燥至恒重,KBr压片.

(3)热重分析.利用美国TA公司Q500热重分析仪测试杂化膜热失重曲线.氮气保护50 mL/min,升温速率20 ℃/min.

CS及杂化膜的SEM照片如图2所示.由图2a和图2b可知,纯CS膜表面光滑平整,而杂化膜表面粗糙且有微孔,这是因为CS与KH-603发生了反应,形成交联网络结构,并且出现了相分离,打破基体原有的均匀性,出现了孔隙.由图2c可知,加入NaCl的杂化膜经水洗后,孔隙明显增多,因为在制膜过程中NaCl溶解并均匀分散在杂化膜基体中,水洗杂化膜时,NaCl溶出并留下均匀孔隙.孔隙的出现增大了杂化膜的比表面积,增加了杂化膜吸附Cr3+的位点.图2d与图2b比较无明显变化,因为Phe的加入量较少,不能从根本上改变杂化膜的结构,但Phe的加入使杂化膜基体中引入了氨基,增加了对Cr3+的吸附点位.

要是专项扣除可以有效地进行推广,可以有效地减轻纳税人的负担,由于每个人的实际情况不同,所以负担情况以及税负方面也有所不同。所以需要在教育、医疗以及养老等部分和人们有着密切联系的方面,满足人们的需求。不过这次修正没有明确地之处专项附加扣除的落实,扣除的各个细节在个税专项扣除落实的过程中需要充分地进行体现。并且纳税人需要承担所存在各种责任,而且相关的部门需要进行配合,这样操作的难度以及管理的难度是比较大的,整体的成本是较高的。

2 结果与讨论

2.1 红外光谱分析

图1 CS、KH-603及杂化膜FT-IR谱图

CS,国药集团化学试剂有限公司;KH-603,南京轩浩新材料有限公司.

pH值对杂化膜吸附效果的影响如图4所示.由图4可知,pH小于4.3时,杂化膜吸附Cr3+的性能随pH的升高而增大.当pH较低时,杂化膜溶解于酸性溶液,H+与-NH2容易结合成-NH3+而失去吸附金属离子的能力,因此吸附率较低.当pH在4.3时吸附效果最好.当pH>4.3,随着pH的升高Cr3+开始出现水解现象.因此最佳吸附pH为4.3.

2.2 扫描电镜

图2 CS及杂化膜的SEM照片

(4)吸附离子质量浓度测定.利用美国Thermo Fisher公司iCAPQ电感耦合等离子体质谱仪.质谱范围:4~290 amu;随机背景<1 cps;检出限:轻质量元素<0.05 ppt.

2.3 热重分析

纯CS膜、杂化膜和吸附后杂化膜的TGA图如图3所示.由图3可知,对于纯CS膜来说,在210 ℃以下其热稳定性较好,但随温度不断上升,质量不断减少.当升高至230 ℃时其质量出现快速下降,这是因为CS中的化学键被打断,CS分解.纯CS膜的耐热上限是230 ℃.与纯CS膜不同,杂化膜的快速失重出现在280 ℃,表明杂化膜在280 ℃左右开始降解,杂化膜的热稳定性高于纯CS膜,这是有机相与无机相的杂化交联所致.最终700 ℃时,吸附后杂化膜残留量大于吸附前杂化膜,可以证明杂化膜的确吸附了Cr3+.

2.4 pH值对杂化膜吸附效果的影响

“你可找对了,这个就是我这批货里最特别的了。这个叫电色假玉。是把劣质玉电镀上一层翠绿色的外表,让人难辨真假。遇上这种伪玉,就需要你仔细去观察了。”老道把玉举到近前,“因为电镀时会留下裂纹,电色假玉上面会有一些绿中带蓝的小裂纹。行家称这个为‘蜘蛛爪’。但是这些花纹不起眼,一般用这个就足够骗过大多数人了。”

图3 CS及杂化膜的TGA曲线图4 pH对吸附率的影响

2.5 吸附时间对杂化膜吸附Cr3+的影响

吸附时间对杂化膜吸附Cr3+的影响如图5所示.由图5可以看出,随着时间的延长,杂化膜对Cr3+的吸附率先快速上升后稳定直至吸附率不变,且吸附平衡时间为60 min.在吸附开始20 min内,杂化膜的吸附位点较多,吸附率快速上升,继续吸附由于杂化膜的吸附位点逐渐达到饱和所以吸附速率减慢,直至达到吸附饱和.

协议书模板分为有界桩的界线协议书、无界桩的界线协议书2个模板,分别包括封面、协议主体内容、界线所涉及乡镇政府代表签字3个部分。协议书主体内容包含工作概况、重要问题处理结果、行政区域界线走向和界桩位置说明、行政区域界线的维护和管理、最后条款(补充说明)以及附件6个部分,其中附件包括了附图、界桩登记表、三交点界桩登记表、界桩成果表、界址点成果表、三交点成果表等内容。三交点协议书模板包含标题,协议内容,三交点的位置、坐标,底图所在的图幅以及所涉及的乡镇政府代表签字,所属县民政局代表签字和协议日期。

2.6 温度对杂化膜吸附Cr3+的影响

温度对杂化膜吸附Cr3+的影响如图6所示.由图6可知,在55 ℃时杂化膜对Cr3+的吸附效果最好.当温度小于55 ℃时,随着温度的升高,分子运动加快,吸附大于脱附,杂化膜的吸附率增大.当温度达到55 ℃时吸附率达到最大.此后温度继续升高吸附率反而降低,这是因为温度升高分子运动变得剧烈,脱附大于吸附,平衡向逆方向移动.

图5 时间对吸附率的影响图6 温度对吸附率的影响

2.7 Cr3+溶液初始质量浓度对杂化膜吸附性能的影响

Cr3+溶液初始质量浓度对杂化膜吸附性能的影响如图7所示.由图7可知,在Cr3+初始质量浓度为3.00 g/L时,杂化膜对Cr3+的吸附率最大.在质量浓度小于3.00 g/L时,杂化膜的吸附率随质量浓度的增大而增大.当质量浓度大于3.00 g/L时,随着质量浓度的增大,杂化膜的吸附率变小.这是因为杂化膜对Cr3+的吸附依赖于膜上带负电的基团与金属离子的结合,Cr3+质量浓度增大时膜上的吸附活性点位越来越少.

2.8 不同种类杂化膜吸附Cr3+的性能

不同种类杂化膜对Cr3+的吸附率如图8所示.由图8可知,纯CS膜对溶液中Cr3+的吸附率为64.2%,CS/KH-603杂化膜对溶液中Cr3+的吸附率为65.6%,加Phe的杂化膜对溶液中Cr3+的吸附率为70.7%,加NaCl的杂化膜对溶液中Cr3+的吸附率为67.6%,加Phe、NaCl的杂化膜对溶液中Cr3+的吸附率为86.7%.加Phe和NaCl的杂化膜对溶液中Cr3+的吸附率相比于CS/KH-603杂化膜有一定程度的提高.这是因为加Phe和NaCl的杂化膜较CS/KH-603杂化膜有更多的氨基吸附点位,同时具有微孔结构,吸附本领更强.Phe中有氨基和羧基,羧基可以和CS与KH-603上的氨基脱水缩合而连接在一起,由于N上有孤对电子,可以与Cr3+结合,增加了吸附Cr3+的点位,使杂化膜有更好的吸附效果.NaCl作为造孔剂,在制膜过程中添加NaCl,其会溶解在CS的溶液中,薄膜干燥时,NaCl以固体形式均匀分散于杂化膜中.当用水洗杂化膜时,NaCl会溶解在水中,留下孔洞,增加了杂化膜的比表面积,从而提高杂化膜的吸附效果.

图7 Cr3+初始浓度对吸附率影响图8 不同种类杂化膜对Cr3+的吸附率

3 结论

利用原位水解-缩合反应制备有机-无机杂化膜,在有机基体中引入无机成分,因相分离而产生孔隙,得到多孔性有机-无机杂化膜.与纯CS膜相比,杂化膜对溶液中的Cr3+有更好的吸附作用.同时由于交联结构的出现,提高了杂化膜的热稳定性.在杂化膜的制备过程中添加Phe,利用Phe中羧基与CS上的羟基反应,使Phe均匀分散在杂化膜中,其氨基可与金属离子发生络合反应,有效增强了杂化膜对Cr3+的吸附效果.造孔剂NaCl的添加,进一步增大了杂化膜的比表面积,提高了杂化膜对金属离子的吸附率.杂化膜具有制备工艺简单、成本低、吸附效果好等特点,吸附后的杂化膜易于回收再利用,不会造成二次污染.

参考文献:

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王臣,费乾峰,左绪俊,陈钊,杨本宏
《安徽工程大学学报》2018年第2期文献

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