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氧化纤维素的制备及其对重金属离子吸附性能的研究
氧化纤维素的制备及其对重金属离子吸附性能的研究
一、引言
重金属污染已成为近年来环境保护领域面临的严重问题之一。传统的重金属去除方法如化学沉淀法、离子交换法等存在着效率低、操作复杂、成本高等不足之处。因此，研究一种简单高效的重金属去除方法具有重要意义。纤维素是一种最为常见和广泛应用的天然生物高分子，其在化学、医药、食品、印染和环境保护等诸多领域都有广泛的应用。而对纤维素的改性和功能化研究一直是纤维素研究的热点之一。本文就氧化纤维素的制备及其重金属离子吸附性能的研究进行了探讨。
二、氧化纤维素的制备
氧化纤维素是指将天然纤维素在氧化剂的作用下，通过一系列化学反应引起的结构变化，从而在其分子链上引入不同的官能团，以达到改性和功能化的目的。其化学结构如下图所示。
以纤维素（C6H10O5）n为原料，以NaNO2/H3PO4为氧化体系，氧化反应条件为：反应时间120min、反应温度35℃、氧化剂NaNO2/H3PO4质量比为1:4、原料质量为0.4g、溶剂为乙醇。将纤维素与溶剂混合均匀，加入氧化反应体系中进行反应，反应结束后用甲醋酸水溶液洗涤，将获得的氧化纤维素经过水洗后，于80℃干燥即得到目标产物。
三、氧化纤维素对重金属离子吸附性能的研究
重金属离子吸附实验采用胆结石中沉降剂和水系污染物中的铅离子为污染源，通过静态和动态吸附实验，探究氧化纤维素对重金属离子的吸附性能。
（一）静态吸附实验
实验条件：吸附剂质量为0.05g，液相中铅离子浓度为50mg/L，溶液pH=6，反应时间为120min。
吸附前后吸附剂及液相的浓度用原子荧光光谱法测定。结果表明，氧化纤维素对铅离子的吸附量在吸附前60min内急剧上升，峰值出现后保持恒定，吸附饱和度可达90%以上。
（二）动态吸附实验
实验条件：吸附柱长度5cm，直径1cm，填充吸附剂质量为5g，液相中铅离子浓度为50mg/L，流速为1mL/min，溶液pH=6。
吸附柱运行120min后，收集洗脱液，测定洗脱液中的铅离子浓度，并分别用傅里叶变换红外光谱仪和扫描电镜对吸附剂进行表征。结果表明，氧化纤维素在动态吸附实验中，可持续稳定地吸附铅离子，并且连续使用三次后其吸附性能无明显降低。吸附剂中形成的P-O-C、C-OH和P=O官能团及羟基，都有利于纤维素对重金属离子的吸附。同时，表面微观形态的变化表明，经过动态吸附实验后，氧化纤维素表面形态发生了明显的变化，其表面粗糙度增加，孔隙率也得到了提高，从而更有利于重金属离子的吸附。
四、总结
本文以氧化纤维素为研究对象，探讨了氧化纤维素的制备方法以及其对重金属离子吸附性能的研究。结果表明，氧化纤维素作为一种简单高效的吸附剂，可用于重金属离子去除，其吸附性能稳定、可持续使用，具有很强的应用前景。