巯基改性再生纤维素膜去除Cr6+的方法研究

刘媛（云南省红河哈尼族彝族自治州环境监测站，云南红河　661199）



巯基改性再生纤维素膜去除Cr6+的方法研究

刘媛
（云南省红河哈尼族彝族自治州环境监测站，云南红河661199）

【摘 要】用离子液体1-丁基-3甲基咪唑氯盐溶解棉浆粕，制备出再生纤维素膜，再利用巯基乙酸改性纤维素膜，在纤维素膜表面引入巯基，得到巯基纤维素膜。利用制备出的材料进行含Cr6+的废液模拟实验，考察PH、温度、反应时间、Cr6+初始浓度对去除率的影响，通过单因素实验和正交实验对吸附条件进行优化，得到最佳的吸附条件，PH=1.5，温度35℃，初始浓度150mg/L，时间40分钟，该条件下Cr6+为95.95%。

【关键词】离子液体再生纤维素膜巯基吸附正交实验

工业废水中铬主要以Cr6+形态存在，而Cr6+由于具有非常强的氧化能力，含Cr6+废水的处理方法一般分为：沉淀法、吸附法、离子交换法、膜分离法等，而吸附法是一种极为方便的方法。本研究利用离子液体1-丁基-3甲基咪唑氯盐溶解棉浆粕，首先制备出再生纤维素膜，然后利用巯基乙酸改性纤维素膜，在纤维素膜表面引入巯基，得到巯基纤维素膜。利用制备出的巯基纤维素膜（C-SH）对模拟含Cr6+的废水进行吸附，在单因素实验结果的基础上，考察PH、温度、反应时间、Cr6+初始浓度对Cr6+去除率的影响，然后通过正交实验，设计四因素三水平实验最终得到最佳的吸附条件。

1　试验方法

1.1材料、试剂与仪器

材料：棉浆粕，石英玻璃板。试剂：硫代正醇酸（分析纯）、1-丁基-3甲基咪唑氯盐；无水乙醇（分析纯），盐酸（分析纯）仪器设备：TU-1901紫外分光光度计；18W紫外灯；JB-1磁力搅拌器；刮刀。

1.2材料制备

将棉浆粕室温干燥24h，剪碎备用。称取10g 1-丁基-3甲基咪唑氯盐于50ml圆底烧瓶中，在90℃水浴中加热，把剪碎后的棉浆粕加入圆底烧瓶中，采用磁力搅拌器进行搅拌，出现淡黄色澄清液体后停止搅拌，再将混合液静止脱泡后倒在1cm×8cm玻璃板上，用刮刀来回刮，直到厚度均匀即可。将玻璃板浸入蒸馏水中，于40℃下真空干燥24h，得到再生纤维素膜。取硫代正醇酸10ml，乙酸酐7ml和2滴浓硫酸于棕色瓶中，投入得到的再生纤维素膜使其浸透均匀，室温条件下放置48h后取出，然后用蒸馏水冲至中性，采用红外灯烘干后备用。

1.3试验过程

取10 ml含Cr6+废液置于烧杯中，调整溶液的pH值，然后让其从巯基纤维素膜中滤过，采用二苯碳酰二肼分光光度法测定虑液的Cr6+的质量浓度，Cr6+的吸附去除率（R，%）按（1）式计算，其中C0和Ct为分别为吸附前和经过时间t吸附后溶液中Cr6+的浓度。

去除率（R，%）=（C0-Ct）/C0 （1）

2　试验结果与分析

2.1巯基纤维素膜吸附性能测试

分别在2张（1张巯基改性前，1张巯基改性后）巯基纤维素膜的一端点1滴铬离子溶液（约2mm斑迹），静置10分钟，发现未改性纤维素膜中的Cr6+扩散到水渍的最前沿，而在点在改性后的巯基纤维素膜上的离子几乎不扩散，离子被固定在点样的位置这一现象表明，改性的纤维素膜能够固定铬离子.其原理为纤维素上引入巯基后，巯基与铬离子络合，阻止Cr6+的扩散。这说明改性后纤维素膜具有较好的吸附Cr6+的效果。

2.2正交试验

以去除率为考察指标，温度、浓度、反应时间作为考察因素，按L9（34）正交设计进行正交实验，正交试验的因素水平分别为：A-PH （1、1.5、2）；B-反应温度（25、30、35℃）；C- Cr6+浓度（150、200、250 mg/L）；D-反应时间（40、60、80Min）。

2.3单因素试验

2.3.1Cr6+的浓度浓度对吸附效果的影响

固定条件：PH=1.5，温度35℃，时间40分钟，改变Cr6+的初始浓度，当Cr6+浓度升高时，吸附效率降低。而Cr6+初始浓度比较低的时后，吸附效率偏高，Cr6+浓度低于200mg/L时，去除率为90%以上。

2.3.2时间对吸附效率的影响

固定条件：初始浓度150mg/L，pH=l.5，温度为35 ℃，巯基纤维素膜对的Cr6+吸附速率很快，约90%的在1小时之内被去除，随后吸附逐渐变慢，C-SH对Cr6+的吸附在1小时之内基本达到平衡。CSH对Cr6+较快的吸附是由C-SH表面嫁接巯基后对Cr6+之间的很较强的亲和力引起的。

2.3.3PH对吸附效果的影响

固定条件：初始浓度150mg/L，温度35℃，时间40分钟，改变体系PH，吸附液 pH值对吸附效果有较大影响，当吸附液为碱性时，材料对Cr6+基本没有吸附，当pH小于2时，巯基纤维素膜对Cr6+的去除率大于90%。当pH=l.5时，对Cr6+的去除率可达95%以上。

2.3.4温度对吸附效果的影响

固定条件：初始浓度150mg/L，pH=l.5，时间40分钟，改变体系温度。当温度升高，吸附效率增大，当温度大于35℃时，吸附量不在改变，因此，最佳的吸附温度为35℃。

3　结语

（1）以棉浆粕为原料，1-丁基-3甲基咪唑氯盐作为溶剂进行溶解制备出再生纤维素膜，然后再利用巯基乙酸进行改性，再纤维素结构中引入具有螯合重金属的官能团，对材料验证测试，表明所制备的材料具有较好的吸附性能。（2）影响去除率的主次顺序为Cr6+浓度、反应时间、PH、温度和。正交试验最佳的吸附条件，PH=1.5，温度35℃，初始浓度150mg/L，时间40分钟，该条件下Cr6+为95.95%，考虑实际情况，如果Cr6+浓度小于200mg/L，都可以按照正交试验优化出来的吸附条件处理铬渣废液。

参考文献：

［1］ 赵尔燕，邱林友.巯基纸分离富集—XRFA法测定水中As（Ⅲ）As（Ⅴ）［J］.理化检验-化学分册，1994（2）:105-106.

［2］ 韩润平，蒋海涛，陆雍森.酵母菌对Cr（VI）的生物吸附作用［J］.环境保护科学，2005（4）:28-33.

［3］ 刘洋，王兆梅，肖凯军.两种离子液体中制备再生棉浆纤维素膜及其性能研究［J］.食品工业科技，2013（4）:118-121.