污水处理中二醛纤维素对Cu（II）、Cr（VI）、Zn（II）的吸附性能研究

李尚优 曹龙天

摘 要：采用高碘酸钠溶液对棉纤维进行选择性氧化制得二醛纤维素，运用二醛纤维素对不同重金属离子溶液做吸附性能测试。研究结果表明，二醛纤维素对Cu（II）、Cr（VI）、Zn（II）等重金属离子有良好的吸附作用。

关键词：纤维素 氧化 重金属离子 吸附性能

中图分类号：Q5.1 T3101 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）03（a）-0-04

随着经济和社会的快速发展，工业化带来的环境污染越来越严重，许多重金属离子污染物被排入江流河海和渗入土壤深层。重金属离子难以被自然降解，可长期潜伏在土壤和水中，并随食物链进入植物体、动物体甚至人体，在人体内不断蓄积从而危害人体健康，当前越来越多的重金属中毒事件充分说明了这一点。因此，工业废水废渣中重金属离子的去除和回收再利用显得尤为重要[1-2]。

常用去除污水中重金属离子的方法主要有氧化還原、化学沉淀、离子交换、吸附、膜分离等。活性炭和各种离子交换树脂作为常用的吸附剂和离子交换剂，其价格昂贵且不易再生。

纤维素基吸附材料用作吸附、分离、提取过度重金属离子和贵重金属离子，从经济和环境保护角度都具有十分重要的意义。一是纤维素是自然界中最为丰富的可再生生物质资源，具有环境友好等优点；另一方面，纤维素来源广泛且价格低廉，棉花、木材、竹子、麻以及各种植物的秸秆、壳皮等都是纤维素的重要来源[3-6]。

但自然界中获得的各种纤维素材料，如棉、麻纤维以及各种秸秆中提取的纤维素因具有较高的结晶度，纤维素大分子排列紧密，葡萄糖上众多羟基间形成了大量的分子间和分子内氢键，从而影响了纤维素材料对重金属离子的吸附性能。

目前使用较多的是纤维素基衍生物材料，其中氧化纤维素因在制备过程中破坏了纤维素内的氢键等次价键，使大分子结构更加松散，同时在纤维素大分子链上引入活性醛基或活性羧基，从而具有更加突出的吸附性能。

我们选用高碘酸钠溶液氧化棉纤维素的方法制备氧化纤维素，氧化后纤维素上的醛基基团对污水中的重金属离子具有良好的吸附作用。同时，氧化后的高碘酸钠溶液经简单处理后可重复利用。

1 实验部分

1.1 实验材料与药品

精炼后棉纤维；高碘酸钠，丙三醇，氢氧化钠，盐酸，氯化铜，氯化锌，铬酸钠等均为AR级。

1.2 样品制备

（1）氧化纤维素制备

称取一定质量的棉纤维，置于棕色锥形瓶中，加入适量一定浓度的高碘酸钠溶液，在一定温度下持续搅拌避光氧化一定时间，然后将反应后的棉纤维于0.1 mol/L丙三醇水溶液中浸泡半小时（除去未反应的高碘酸钠），再用去离子水充分清洗后浸泡24 h（以充分去除氧化剂和丙三醇），最后干燥平衡后封袋保存待用。

（2）吸附试验

1.3 测试仪器及方法

1.3.1 氧化纤维素醛基含量测定

2.1.2 红外光谱分析

高碘酸钠选择性氧化棉纤维素的反应方程式如图2所示。棉纤维素大分子的基本结构单元为葡萄糖，高碘酸钠选择性氧化棉纤维时，将纤维素大分子葡萄糖环C2-C3键劈开，两个仲羟基被氧化成醛基，得到二醛纤维素。同时，高碘酸钠中的高碘酸根被还原生成亚高碘酸根，经氧化处理后，亚高碘酸根能重新转化成高碘酸根，因此，高碘酸钠能够重复使用。

2.2 氧化条件优化

2.2.1 高碘酸钠浓度的影响

2.2.2 氧化温度的影响

2.2.3 氧化时间的影响

氧化纤维素中醛基上的未成对的孤对电子可与重金离子形成络合物，同时，氧化纤维素中处于临位的二醛基具有明显二齿螯合效应。但当氧化时间大于一定值后，氧化纤维素对重金属离子的吸附能力达到一个相对平衡值，这是由于低氧化程度下，棉纤维表面不断出现的剥蚀刻痕有利于高碘酸根向纤维素内部渗透和发生氧化反应；而随着纤维素中醛基含量的增大，其与邻近位置上羟基形成的半缩醛结构增多，同时醛基的增多也增加了氢键等次价结构的形成，从而产生收缩和褶皱，一是醛基含量相对减少，二是纤维结构变得密实，两者都对氧化纤维素重金属离子的吸附性能产生弱化作用。

2.3 吸附条件优化

3 结语

（1）棉纤维素经高碘酸钠溶液氧化后可获得二醛纤维素，其醛基含量主要受高碘酸钠质量浓度、氧化时间和氧化温度影响。结合氧化纤维素对重金属离子的吸附性能，较优氧化工艺为：氧化时间24 h、氧化温度45 ℃、高碘酸钠溶液浓度10.7 g/L。

（3）当氧化程度较低时（高碘酸钠质量浓度和氧化温度较低、氧化时间较短），棉纤维素表面出现剥蚀刻痕，对氧化纤维素醛基含量的增加和重金属离子吸附能力的提升有利；当氧化程度加深后，棉纤维素氧化得到的二醛可与纤维素大分子中未被氧化的羟基发生羟醛缩合而形成半缩醛，纤维纵向出现收缩、褶皱，从而影响重金属离子的吸附性能。

（4）氧化纤维素在偏离中性溶液中的稳定性不佳，所以中性的重金属离子溶液有利于氧化纤维素吸附性能的发挥。

参考文献

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