羽毛液體過濾材料吸附Cu2+機(jī)理研究.pdf

1、Cu2+廣泛存在于電鍍廠、線路板廠、印染廠等工業(yè)的廢水中，對農(nóng)作物污染嚴(yán)重。Cu2+是重金屬離子，能使蛋白質(zhì)變性失去活性，人一旦過量攝取，會發(fā)生惡心、嘔吐、急性溶血等中毒現(xiàn)象，因此凈化工業(yè)廢水中的Cu2+勢在必行。常用的除去的方法有化學(xué)沉淀法、離子交換法、電解法、重金屬螯合劑法等，但是成本較高。而生物吸附材料成本低、效果好，近年來受到廣泛關(guān)注。在我國，羽毛作為一種廉價(jià)的自然資源，多數(shù)作為廢棄物。已經(jīng)有研究發(fā)現(xiàn)羽毛中的角蛋白具有高活性基團(tuán)

2、、形態(tài)復(fù)雜等特點(diǎn)，對Cu2+有較好的吸附作用，但是吸附機(jī)理尚不明確。因此，研究羽毛過濾材料對Cu2+的吸附機(jī)理，為羽毛在凈化含Cu2+廢水的應(yīng)用上奠定理論基礎(chǔ)，對節(jié)約資源、環(huán)境保護(hù)意義重大。
　　 本課題主要采用光譜法研究羽毛對CuSO4溶液中Cu2+的吸附機(jī)理。首先采用測量吸光度的方法測得羽毛纖維對Cu2+的吸附量，用電子順磁共振、紅外光譜、廣角X衍射分析吸附前后羽毛纖維內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化。然后用酸、堿、超聲波分別對羽毛改性，設(shè)法

3、提高羽毛的吸附性能。接著用紅外光譜和廣角X衍射分析改性引起的羽毛結(jié)構(gòu)變化，進(jìn)一步推斷Cu2+的吸附機(jī)理。再通過吸附-解吸附的反復(fù)實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)羽毛用于Cu2+吸附的可循環(huán)利用性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)未改性羽毛纖維有一定的吸附Cu2+的能力但是不高。Cu(Ⅱ)在羽毛纖維中主要有3種配位結(jié)構(gòu)，其中一種以S原子為主，成共價(jià)鍵配位;另兩種以N原子為主，共價(jià)鍵和離子鍵共存。β折疊結(jié)晶結(jié)構(gòu)上的胱氨酸可能與Cu(Ⅱ)形成了配位結(jié)構(gòu)。吸附Cu2+后，羽毛蛋白中出現(xiàn)了更

4、多的α螺旋構(gòu)型，而β折疊構(gòu)型相對減少。對于改性1小時(shí)的羽毛，NaOH改性羽毛的吸附性能最佳，1小時(shí)的改性使β折疊結(jié)晶結(jié)構(gòu)和α螺旋結(jié)晶結(jié)構(gòu)都被破壞，共同發(fā)生吸附作用。NaOH改性時(shí)間延長到一定程度時(shí)，主要發(fā)生β折疊結(jié)晶結(jié)構(gòu)向α螺旋結(jié)晶結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化作用，α螺旋結(jié)晶結(jié)構(gòu)的吸附能力可能超過β折疊結(jié)晶結(jié)構(gòu)。反復(fù)的吸附-解吸附使吸附點(diǎn)增多，吸附能力提高。
　　 在實(shí)際應(yīng)用中，由于羽毛纖維易飄散，因此一般制成非織造羽毛氈后再使用，本課題將羽毛和

5、ES纖維制作成羽毛氈，用堿改性，比較不同ES纖維含量的氈吸附Cu2+的能力。由于印刷電路板的廢水中，Cr(Ⅵ)和Cu2+為主要污染物，因此本課題還探討羽毛氈對Cu2+的吸附能力與初始溶液中添加的Cr的含量的關(guān)系。結(jié)果表明只要羽毛纖維的含量相同，ES纖維所占比例對NaOH改性羽毛氈的吸附性能影響不大。未改性羽毛氈的Cu2+吸附量明顯小于改性羽毛氈的。羽毛氈的吸附性能與羽毛纖維原料差別不大。隨著初始CuSO4溶液中Cr的加入量增多，NaOH