Page 171 - 精细化工2020年第2期

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第 2 期 贺娇娇，等: 高吸附量纤维素膜的制备及其对 Pb 的吸附性能 ·373·

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由图 2 可知，随着 H 2 SO 4 体积分数的增加，纤 大，孔隙过大，Pb 不易被吸附，被吸附的 Pb 容
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维素膜对 Pb 的吸附量呈现先增大后趋于稳定的趋 易流失，吸附量反而降低。因此，凝固时间选择 120 min
势，当 H 2 SO 4 体积分数为 7%时，纤维素膜对 Pb 2+ 为宜。
的吸附量达到最大，为 342.5 mg/g。这可能是因为
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随着 H 2 SO 4 体积分数的增大，纤维素中—OH 与 SO 4
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发生酯化反应生成的 C==O 增多，与 Pb 发生螯合
作用的活性位点增加，使得吸附量增大。然而，随
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着 H 2 SO 4 体积分数的进一步增大，—OH 与 SO 4 的
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酯化反应达到饱和，导致纤维素膜对 Pb 的吸附量
趋于平衡。因此，H 2 SO 4 体积分数确定为 7%。
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2.1.3 凝固浴温度对纤维素膜吸附 Pb 吸附量的影响
当以 H 2 SO 4 为凝固浴、H 2 SO 4 体积分数为 7%、

凝固浴时间为 120 min 时，考察凝固浴温度对纤维 2+
图 4 凝固浴时间对纤维素膜吸附 Pb 吸附量的影响
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素膜吸附 Pb 吸附量的影响如图 3 所示。 Fig. 4 Effect of time of coagulation bath on the adsorption
capacity of cellulose membranefor Pb 2+

表 1 显示了纤维素和以体积分数为 7%的 H 2 SO 4
为凝固浴、凝固浴温度为 40 ℃和凝固浴时间为 120 min
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时制备的纤维素膜对 Pb 的吸附量。

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表 1 纤维素和纤维素膜对 Pb 的吸附量
Table 1 Adsorption capacity of cellulose and cellulose membrane
for Pb 2+
样品 吸附量/(mg/g)
纤维素 17.5

纤维素膜 343.0
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图 3 凝固浴温度对纤维素膜吸附 Pb 吸附量的影响
Fig. 3 Effect of temperature of coagulation bath on the
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adsorption capacity of cellulose membrane for Pb 2+ 由表1可知，纤维素对Pb 的吸附量仅有17.5 mg/g，
而以体积分数为 7%的 H 2 SO 4 为凝固浴、凝固浴时间
由图 3 可知，随着凝固温度的升高，纤维素膜
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对 Pb 的吸附量呈现先增大后减少的趋势。在 40 ℃ 为 120 min、凝固浴温度为 40 ℃时制备的纤维素膜
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时，纤维素膜对 Pb 的吸附量达到最大，为 343.0 mg/g。 对 Pb 的吸附量可达 343.0 mg/g。由此可知，与纤
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维素相比，纤维素膜可极大提高对 Pb 的吸附能力。
这是因为随着凝固温度的升高，溶剂与纤维素的交
换速率加快 [29] ，纤维素膜易形成多孔结构，有利于 2.1.5 吸附动力学考察
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其对 Pb 的吸附。凝固过程分为分层过程与凝胶过 吸附动力学反映了吸附剂的吸附速率，可以更
好地解释吸附剂在溶液中的吸附机理。本文选用准
程，当温度继续升高时，分层速率快于凝固速率， 2+
导致纤维素内部形成的孔隙进一步增大 [30] ，过大的 二级动力学模型对纤维素膜吸附 Pb 的数据进行分
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孔隙不利于对 Pb 的吸附，所以温度继续上升，吸 析，准二级动力学模型假定吸附速率受化学吸附机
理控制，如式（2）所示。
附量反而降低。因此，凝固浴温度选择 40 ℃为宜。
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2.1.4 凝固浴时间对纤维素膜吸附 Pb 吸附量的影响 tq  ∕ t 1 k q∕  2e 2  tq ∕ e （2）
当以体积分数为 7%的 H 2 SO 4 为凝固浴、凝固 式中：t—吸附时间，min；q t —t 时刻吸附量，mg/g；
浴温度为 40 ℃时，凝固浴时间对纤维素膜吸附 Pb 2+ q e —平衡吸附量，mg/g；k 2 —准二级动力学模型速率
吸附量的影响如图 4 所示。 常数，g/（mg·min)。
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由图 4 可知，纤维素膜对 Pb 的吸附量呈现先 纤维素膜吸附 Pb 的准二级动力学模型拟合及
增加后趋于平衡的趋势。在凝固时间为 120 min 时， 模型参数分别如图 5 及表 2 所示。
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纤维素膜对 Pb 的吸附量达到最大，为 343.0 mg/g。 由表 2 可知，纤维素膜吸附 Pb 的准二级动力
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这可能是由于随着凝固时间的延长，纤维素膜内部 学模型线性相关系数 R 为 0.9946，计算的理论吸附
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形成的孔隙变大，使得纤维素膜对 Pb 的吸附量增 量为 349.7 mg/g，和实际测得最大吸附量（343.0 mg/g）
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大。继续延长凝固时间，纤维素膜孔隙变得越来越 相差不大，说明纤维素膜吸附 Pb 的吸附量随吸附