两性蔗渣吸附剂的制备及其对氮、磷富营养因子的吸附效果

郭 延 柱， 康 悦， 李 海 明， 初 婷 婷， 刘 苏 珍， 韩 陈 晓， 王 志 伟

( 1.大连工业大学 轻工与化学工程学院， 辽宁 大连 116034； 2.广西大学 广西清洁化制浆造纸与污染控制重点实验室， 广西 南宁 530004； 3.山东世纪阳光集团有限公司， 山东 潍坊 261000 )

0 引 言

1 实 验

1.1 原料及试剂

甘蔗渣，自提收集得到；甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(METAC)，纯度75%；丙烯酰胺(AM)，纯度99%；2-丙烯酰胺-2-甲基丙烯酸(AMPS)，纯度98%；过硫酸钾(K2S2O8)，分析纯。试剂均为上海阿拉丁生化科技股份有限公司生产。

1.2 两性蔗渣吸附剂的合成

在氮气氛围下，将0.3 g蔗渣缓慢加到10 g于80 ℃下溶解的氯化1-丁基-3-甲基咪唑离子液体中。待蔗渣完全溶解后，向溶液中加入一定量的K2S2O8，磁力搅拌5 min后依次缓慢加入适量的METAC、AM和AMPS，于80℃下磁力搅拌反应3 h。反应结束后，用无水乙醇洗涤2～3遍冷却溶液去除均聚物，并将粗产物移至透析袋中透析72 h，直至透析介质用硝酸银检测无沉淀。将透析后的液体冷冻干燥48 h得到两性蔗渣吸附剂产物。

1.3 两性蔗渣吸附剂(MABA)的表征

1.3.1 两性蔗渣吸附剂的交换能力

吸附的总交换容量(TEC)[11]计算公式：

TEC=w(N)/1.4

(1)

式中：TEC为蔗渣和两性蔗渣吸附剂的总交换容量，mEq/g；w(N)为蔗渣和两性蔗渣吸附剂的总氮质量分数，%，由元素分析仪测定。

1.3.2 傅里叶红外光谱(FT-IR)表征

将测定样品分别与KBr以1∶100的质量比例混合均匀，充分研磨后压片，在傅里叶红外光谱仪(美国PerkinElmer公司)上扫描，以纯KBr压片为背景扫描，扫描范围为400～4 000 cm-1。

1.3.3 热重(TGA)表征

称取样品5～10 mg，利用Q500型的热重分析仪对样品的热稳定性能进行表征，温度测试范围25～700 ℃，升温速率10 ℃/min，氮气保护，气体体积流量为30 mL/min。

1.4 两性蔗渣吸附剂对和的吸附效果

Qt=(ρ0-ρt)V/m

(2)

Qe=(ρ0-ρe)V/m

(3)

R=(ρ0-ρt)/ρ0

(4)

2 结果与讨论

2.1 两性蔗渣吸附剂的合成与性能表征

两性蔗渣吸附剂合成反应机理如图1所示。在K2S2O8引发下，蔗渣结构中的羟基转换为氧自由基，并且METAC、AM、AMPS的双键断裂，分别产生自由基活性位点，成为蔗渣受体。蔗渣结构中含氧自由基和单体的自由基结合从而发生单体与蔗渣的自由基聚合反应。

图1 两性蔗渣吸附剂合成反应机理图Fig.1 Diagram for preparing MABA

2.2 两性蔗渣吸附剂性能表征

图2 蔗渣和两性蔗渣吸附剂的FT-IR图Fig.2 FT-IR spectra of bagasse and MABA

两性蔗渣吸附剂和蔗渣的热稳定性能如图3所示。由图3可以看出，两性蔗渣吸附剂的初始降解温度为220 ℃，低于蔗渣的初始降解温度。蔗渣和两性蔗渣吸附剂的最大热降解温度分别为550和480 ℃。当质量损失率达到50%时，蔗渣和两性蔗渣吸附剂的热降解温度分别为343和296 ℃。两性蔗渣吸附剂的热稳定性能低于蔗渣，说明蔗渣经过自由基聚合反应改性后热稳定性能下降。

图3 蔗渣和两性蔗渣吸附剂的TG和DGA曲线

Fig.3 TG and DTG curves of bagasse and MABA

2.3 两性蔗渣吸附剂对和的吸附效果

2.3.1 两性蔗渣吸附剂投放量对吸附性能的影响

图4 两性蔗渣吸附剂用量对和去除率和吸附容量的影响

Fig.4 Effect the MABA dosage on its adsorption capacity and removal efficiency to

2.3.2 溶液pH对吸附性能的影响

图5 pH对两性蔗渣吸附剂吸附和的影响

2.3.3 共存离子对吸附剂性能的影响

图6 共存离子浓度对和平衡吸附量的影响

Fig.6 Effect of co-exist ionic concentration on adsor-bing capacity of MABA to

2.4 两性蔗渣吸附剂的吸附动力学

图7 两性蔗渣吸附剂对和的 吸附动力学参数Fig.7 Adsorption kinetics of MABA to

ln(Qe-Qt)=lnQe-k1t

(5)

(6)

(7)

表1 两性蔗渣吸附剂对和的吸附动力学参数

图8 两性蔗渣吸附剂对和吸附的粒子内部扩散模型

2.5 两性蔗渣吸附剂的吸附热力学

顾盼找到她的时候，她的额头滚烫滚烫，却仍然坐着不肯离开。顾盼把她扛到肩膀上，一直背到他巡逻的警车里去，她一路拍打着挣扎着，狠狠咬他的手臂，直到车门关上才安静下来。她哭了，却不肯说话，心里全都是满满的苦，怕一张口，就会弥漫得满车都是黄连的味道。

(8)

Freundlich等温线是一个经验方程，它假定吸附过程发生在非均质表面。方程表示为

(9)

Temkin等温线假设，由于吸附离子和带电吸附剂之间的间接静电相互作用，吸附热随覆盖面积的增加而线性下降。该模型的线性化形式可以表示为

(a) NH+4

(b) PO3-4

Qe=BTlnKT+BTlnρe

(10)

表2 两性蔗渣吸附剂对和的等温吸附热力学参数Tab.2 Isotherm parameters of adsorption of MABA to

2.6 二元体系中的吸附效果

2.7 不同生物质两性改性吸附剂的吸附效果比较

图10 平衡质量浓度与和平衡吸附量的关系图

Fig.10 The relationship between equilibrium mass concentration of

表3 不同生物质改性吸附剂对和的吸附性能

3 结 论

FT-IR和TGA结果表明3种单体成功地接枝到了木质素分子上。TGA结果表明蔗渣的热稳定性低于两性蔗渣吸附剂。