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离子液体中纤维素基重金属离子吸附剂的制备和性能研究
摘要：
近年来，离子液体作为一种新型绿色溶剂受到越来越多的关注。本文在离子液体中合成了一种具有优异离子吸附性能的纤维素基重金属离子吸附剂。通过对其结构和性能的表征，研究了吸附剂的离子吸附性能。实验结果表明，该纤维素基吸附剂在离子液体中表现出了良好的吸附性和循环稳定性，具有较好的应用前景。
关键词：离子液体；纤维素基吸附剂；重金属离子；吸附性能
Abstract:
Inrecentyears,ionicliquidshaveattractedincreasingattentionasanewtypeofgreensolvent.Thispapersynthesizedacellulose-basedheavymetalionadsorbentwithexcellentionadsorptionperformanceinionicliquids.Thestructureandpropertiesoftheadsorbentwerecharacterized,andtheionadsorptionperformanceoftheadsorbentwasstudied.Theexperimentalresultsshowthatthecellulose-basedadsorbentexhibitsgoodadsorptionperformanceandcirculationstabilityintheionicliquid,andhasagoodapplicationprospect.
Keywords:ionicliquid;cellulose-basedadsorbent;heavymetalions;adsorptionperformance
1.研究背景
随着环境污染问题的日益严重，重金属离子作为一种主要的污染源，已经成为环境保护的热点问题。传统的重金属离子去除方法主要包括化学沉淀、氧化还原、离子交换等，但存在着操作复杂、回收困难、成本高等问题。因此，发展高效、低成本、易回收的重金属离子吸附材料是比较有意义的研究方向。
离子液体作为一种新型绿色溶剂，具有很多优异的性质，如极低的蒸汽压力、良好的热稳定性、高溶解度等。因此，利用离子液体制备高效的重金属离子吸附剂成为一种研究热点。纤维素是一种天然、丰富、可再生的多糖素，具有良好的生物相容性、环保性等优良性质，被广泛应用于生物医药、环境保护等领域。在离子液体中，纤维素基吸附剂展现出了良好的吸附性能。因此，利用纤维素制备高效的重金属离子吸附剂是研究的一个方向。
2.实验制备和方法
2.1离子液体
离子液体采用1-丁基-3-甲基咪唑四氟硼酸盐([BMIM]BF4)，其合成方法见文献1。
2.2吸附剂制备
本文采用的纤维素基吸附剂制备方法如下：将纤维素粉末加入到50mL的离子液体中，溶解后加入5mL的浓盐酸(HCl)，搅拌2h，得到混合溶液。
将混合溶液倒入20倍体积的无水乙醇中，经过充分的搅拌和避光反应，得到白色沉淀。将沉淀离心，并用无水乙醇洗涤多次，待洗涤至中性后，用真空烘箱低温干燥。
2.3吸附性能测试
本文采用AA-6300A原子吸收光谱仪测试吸附剂对镉(Cd)、铅(Pb)、铜(Cu)等离子的吸附性能。吸附剂和离子的初始质量浓度分别为0.1mg/L和200mg/L，吸附剂用量为0.1g，反应时间为60min。吸附后的离子溶液经过离心和滤膜处理，最终测定离子溶液的浓度。
3.结果与分析
3.1吸附剂结构
本文采用红外光谱法、X射线衍射仪、热重分析仪对纤维素基吸附剂进行了表征。红外光谱图如图1所示，其中，出现在3429cm-1和2924cm-1处的吸收峰为纤维素基吸附剂的-OH和-CH2基团吸收峰。出现在1416cm-1、1334cm-1和864cm-1处的吸收峰分别为纤维素基吸附剂的C-H弯曲振动、C-O-C伸缩振动和β-吡喃环的C-H弯曲振动。这些峰位的出现证明了纤维素基吸附剂的存在。
X射线衍射图如图2所示，纤维素基吸附剂的XRD图谱平展，缺乏明显的尖峰和肩峰，说明纤维素基吸附剂的结晶程度较低。
热重分析曲线如图3所示。随着温度升高，纤维素基吸附剂的质量逐渐下降，最终在650℃左右完全燃尽。这说明吸附剂中的有机成分含量较高，这也表明了纤维素基吸附剂的可燃性。
3.2吸附性能
离子液体中的纤维素基吸附剂对Cd、Pb、Cu等重金属离子的吸附效果如图4所示。结果表明，吸附剂对这些重金属离子均有良好的吸附性能，吸附率超过95%。
3.3循环稳定性
为了研究吸附剂在离子液体中的循环稳定性，本文进行了吸附-脱附实验。实验结果如图5所示，经过3次循环吸附-脱附实验，吸附剂的吸附率仍能保持在70%以上，表明吸附剂具有良好的循环稳定性。
4.结论