磁性壳聚糖微球对酸性嫩黄G吸附行为的研究

doi:10.19965/j.cnki.iwt.2022-0858

摘要/Abstract

摘要：

随着我国工业化进程的快速推进，大量印染废水随之产生。印染废水具有色度高、有机物含量高、难降解等特点，且存在致畸、致癌等健康风险，对环境和人类健康造成极大危害。本研究采用反相乳液法制备了磁性壳聚糖微球（MCPs），并系统研究了其对酸性嫩黄G染料的吸附行为。结果表明，MCPs对酸性嫩黄G的平衡吸附量（q_e）随染料初始浓度的增大而增大，随pH的减小而增大。在MCPs添加量为0.05 g、染料初始质量浓度为1 000 mg/L、溶液体积为50 mL、pH为3.5、吸附时间为24 h的条件下，MCPs对酸性嫩黄G的吸附量达到272.86 mg/g。在时间尺度上，前200 min内MCPs对酸性嫩黄G的吸附量随时间延长迅速增加，200~480 min时吸附速率逐渐降低，480 min后吸附基本达到平衡。吸附动力学表明，MCPs对酸性嫩黄G的吸附过程符合准二级动力学模型，属于化学吸附。Langmuir模型相关系数高达0.924 9，表明MCPs吸附酸性嫩黄G的过程为单分子层吸附。本研究可为MCPs在印染废水处置领域的基础及应用研究提供一定思路。

关键词: 壳聚糖, 磁性微球, 染料, 吸附, 吸附模型

Abstract:

With the rapid progress of industrialization of China，a large number of dyeing waste water was produced. The dyeing waste water was endowed the characteristics of high chroma，high organic content and difficult to degradation. At the same time，there were series of health risks such as teratogenicity and carcinogenicity of dyeing waste water，resulting in great harm to environment and human health. This work aimed to fabricate magnetic chitosan microspheres（MCPs） by reversed emulsion method，and systematically investigated adsorption behaviors of MCPs to acid light yellow G. The results showed that the equilibrium adsorption capacity（q_e） increased with the increase of initial dye concentration and decrease of pH for the dye solution. When the preparation conditions were as follows： MCPs addition 0.05 g，initial dye concentration 1 000 mg/L，volume of the dye solution 50 mL，pH 3.5 and adsorption time 24 h，MCPs exhibited adsorption capacity of 272.86 mg/g. On time scales，the adsorption capacity of MCPs for acid yellow G increased with time in 200 min，while the adsorption rate gradually decreased from 200 min to 480 min，and the adsorption process almost reached equilibrium state after 480 min. The investigation of adsorption kinetics confirmed that the adsorption process conformed to quasi second-order kinetic model，which belonged to chemical adsorption. The investigation of adsorption isotherm model implied that the correlation coefficient of the adsorption process to Langmuir model was high to 0.924 9，suggesting a mono-layer adsorption of this process. This work could provide some ideas for the theoretical and applied researches of MCPs in the field of dyeing water treatment.

Key words: chitosan, magnetic microspheres, dye, adsorption, adsorption model

中图分类号:

X703

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https://www.iwt.cn/CN/Y2023/V43/I2/61

图/表 11

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酸性嫩黄G质量浓度/（mg·L^-1）	q_max，exp/（mg·g^-1）	准一级动力学模型			准二级动力学模型
酸性嫩黄G质量浓度/（mg·L^-1）	q_max，exp/（mg·g^-1）	q_e1，cal/（mg·g^-1）	k₁×10³/min^-1	R²	q_e2，cal/（mg·g^-1）	k₂×10⁵/（g·mg^-1·min^-1）	R²
800	190.67	169.24	4.48	0.990 1	204.81	5.05	0.999 4
1 000	229.96	217.14	6.81	0.994 1	242.13	6.40	0.998 4

酸性嫩黄G质量浓度/（mg·L^-1）	q_max，exp/（mg·g^-1）	准一级动力学模型			准二级动力学模型
酸性嫩黄G质量浓度/（mg·L^-1）	q_max，exp/（mg·g^-1）	q_e1，cal/（mg·g^-1）	k₁×10³/min^-1	R²	q_e2，cal/（mg·g^-1）	k₂×10⁵/（g·mg^-1·min^-1）	R²
800	190.67	169.24	4.48	0.990 1	204.81	5.05	0.999 4
1 000	229.96	217.14	6.81	0.994 1	242.13	6.40	0.998 4

Langmuir模型				Freundlich模型				Temkin模型
b/（L·mg^-1）	q_m，cal/（mg·g^-1）	R²		K_F/〔mg^1-1/ⁿ ·L^1/ⁿ ·g^-1〕	n	R²		B/（L·g^-1）	K_T/（mg·L^-1）	R²
0.008 23	324.46	0.924 9		29.066	2.848 9	0.827 0		73.77	0.069 0	0.916 0

Langmuir模型				Freundlich模型				Temkin模型
b/（L·mg^-1）	q_m，cal/（mg·g^-1）	R²		K_F/〔mg^1-1/ⁿ ·L^1/ⁿ ·g^-1〕	n	R²		B/（L·g^-1）	K_T/（mg·L^-1）	R²
0.008 23	324.46	0.924 9		29.066	2.848 9	0.827 0		73.77	0.069 0	0.916 0

吸附剂	制备策略	吸附效果	参考文献
十六烷基三甲基溴化铵（HDTMA）改性粉煤灰（FA）	取0.002 mol HDTMA与50 g FA及100 mL蒸馏水混合，搅拌2 h后抽滤、烘干、磨碎	酸性嫩黄G初始质量浓度为50 mg/L、体积为100 mL，加入700 mg HDTMA改性FA后，60 min达到吸附平衡，平衡吸附量为7 mg/g	〔24〕
花生壳基活性炭	花生壳粉碎筛分成0.25 mm颗粒，用60%（质量分数）ZnCl₂浸泡16 h，氮气吹扫下以5 ℃/min升温至650 ℃，保温90 min，产物在盐酸中浸泡除去有机质，洗涤多次，105 ℃干燥至恒重	对初始质量浓度为10~120 mg/L的酸性嫩黄G溶液，平衡吸附量为10~80 mg/g	〔25〕
交联两性淀粉	首先采用一定量（3-氯-2-羟丙基）三甲基氯化铵对淀粉进行醚化，产物经盐酸-乙醇混合溶液洗涤中和后干燥，用氯乙酸进行羧甲基化，再经盐酸-乙醇混合溶液中和，获得最终产物	对于50 mL初始质量浓度为140 mg/L的酸性嫩黄G溶液，在交联两性淀粉投加量为40 mg时，平衡吸附量为140.9 mg/g	〔26〕
MCPs	采用共沉淀法制备Fe₃O₄纳米粒子，再采用反相乳液法，以戊二醛为交联剂制备MCPs	当酸性嫩黄G初始质量浓度为1 000 mg/L、体积为50 mL、pH=3.5、MCPs投加量为0.05 g时，MCPs对染料的平衡吸附量为272.86 mg/g	本研究

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