羽毛液体过滤材料吸附Cu2+机理研究
Cu2+广泛存在于电镀厂、线路板厂、印染厂等工业的废水中，对农作物污染严重。Cu2+是重金属离子，能使蛋白质变性失去活性，人一旦过量摄取，会发生恶心、呕吐、急性溶血等中毒现象，因此净化工业废水中的Cu2+势在必行。常用的除去的方法有化学沉淀法、离子交换法、电解法、重金属螯合剂法等，但是成本较高。而生物吸附材料成本低、效果好，近年来受到广泛关注。在我国，羽毛作为一种廉价的自然资源，多数作为废弃物。已经有研究发现羽毛中的角蛋白具有高活性基团、形态复杂等特点，对Cu2+有较好的吸附作用，但是吸附机理尚不明确。因此，研究羽毛过滤材料对Cu2+的吸附机理，为羽毛在净化含Cu2+废水的应用上奠定理论基础，对节约资源、环境保护意义重大。
本课题主要采用光谱法研究羽毛对CuSO4溶液中Cu2+的吸附机理。首先采用测量吸光度的方法测得羽毛纤维对Cu2+的吸附量，用电子顺磁共振、红外光谱、广角X衍射分析吸附前后羽毛纤维内部结构的变化。然后用酸、碱、超声波分别对羽毛改性，设法提高羽毛的吸附性能。接着用红外光谱和广角X衍射分析改性引起的羽毛结构变化，进一步推断Cu2+的吸附机理。再通过吸附-解吸附的反复实验，检验羽毛用于Cu2+吸附的可循环利用性。结果发现未改性羽毛纤维有一定的吸附Cu2+的能力但是不高。Cu(Ⅱ)在羽毛纤维中主要有3种配位结构，其中一种以S原子为主，成共价键配位;另两种以N原子为主，共价键和离子键共存。β折叠结晶结构上的胱氨酸可能与Cu(Ⅱ)形成了配位结构。吸附Cu2+后，羽毛蛋白中出现了更多的α螺旋构型，而β折叠构型相对减少。对于改性1小时的羽毛，NaOH改性羽毛的吸附性能最佳，1小时的改性使β折叠结晶结构和α螺旋结晶结构都被破坏，共同发生吸附作用。NaOH改性时间延长到一定程度时，主要发生β折叠结晶结构向α螺旋结晶结构的转化作用，α螺旋结晶结构的吸附能力可能超过β折叠结晶结构。反复的吸附-解吸附使吸附点增多，吸附能力提高。
在实际应用中，由于羽毛纤维易飘散，因此一般制成非织造羽毛毡后再使用，本课题将羽毛和ES纤维制作成羽毛毡，用碱改性，比较不同ES纤维含量的毡吸附Cu2+的能力。由于印刷电路板的废水中，Cr(Ⅵ)和Cu2+为主要污染物，因此本课题还探讨羽毛毡对Cu2+的吸附能力与初始溶液中添加的Cr的含量的关系。结果表明只要羽毛纤维的含量相同，ES纤维所占比例对NaOH改性羽毛毡的吸附性能影响不大。未改性羽毛毡的Cu2+吸附量明显小于改性羽毛毡的。羽毛毡的吸附性能与羽毛纤维原料差别不大。随着初始CuSO4溶液中Cr的加入量增多，NaOH改性羽毛毡对Cu的吸附量逐渐减少，对Cr的吸附量随之增多。
本课题的创新点是使用EPR分析吸附Cu2+后羽毛的化学结构以及检验羽毛的可循环利用性。
羽毛过滤材料;吸附机理;铜离子;废水处理;化学结构
东华大学
硕士
纺织工程
柯勤飞
2011
中文
X703.1
67
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）