Page 171 - 精细化工2020年第2期
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2+
             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·

                                                                                                         2+
                                                                                2+
                 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
                        2+
            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
                                                         2–
            随着 H 2 SO 4 体积分数的增大,纤维素中—OH 与 SO 4
                                                 2+
            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
                                                       2–
            着 H 2 SO 4 体积分数的进一步增大,—OH 与 SO 4 的
                                                 2+
            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%。
                                             2+
            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
                       2+
            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
                                                                                    2+
                                                               时制备的纤维素膜对 Pb 的吸附量。

                                                                                              2+
                                                                     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
                                            2+
              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
                                                                                       2+
                   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
                 2+
            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
                                                                    2+
                            2+
            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
                                                                                                2+
                                                               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
                    2+
            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
                            2+
            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。
                                             2+
            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)。
                                          2+
                                                                                  2+
                 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。
                                                                                               2+
                         2+
            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
                                                                                   2
            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
                                               2+
            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)
                                                                                             2+
            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
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