新型淀粉基微球对Ni²⁺的吸附行为及机理研究

韩敏

( 西安文理学院化学与化工系，陕西西安，邮编710065)

摘要：以新型淀粉基微球为吸附载体，研究了微球对Ni²⁺的吸附性能，通过红外、X射线衍射仪对微球及其吸附产物进行表征。结果表明：淀粉基微球对Ni²⁺吸附等温线同时符合兰格缪尔和弗兰德里希等温方程；淀粉基微球对Ni²⁺的吸附为物理吸附过程。

关键词：淀粉基、Ni²⁺、吸附机理

中图法分类号：O636.1⁺2 文献标识码： A 文章编号：

STUDY ON ADSORPTION BEHAVIOR AND MECHANISM OF NOVEL STARCH-BASED MICROSBHERES FOR NICKEL IONS

Han Min

(Department of chemistry and chemical,Xi'an University of Arts & Science , Xi'an 710065 ,China)

Abstract: The adsorption behavior of Ni²⁺ by new starch-based microspheres which were used as a carrier were investigated. It’s adsorption behavior were characterized by FT-IR spectroscopy and X-ray diffraction(XRD). The results show that starch-based microspheres（S-M） on Ni²⁺ adsorption isotherms both the Langmuir and Freundlich isotherm. Starch-based microspheres for the physical adsorption of Ni²⁺ adsorption.

Key Words: novel starch-based; Ni²⁺; adsorption mechanism

二价镍离子是污染环境的有害重金属离子之一，含镍废水的来源主要为电镀业，同时采矿、冶金、机械制造、石油化工、纺织以及汽车、玻璃及印刷行业、飞机制造等行业也是其潜在来源。这类废水生化降解难度大、毒性大、且不易处理。现阶段处理废水的方法有如下几种：氧化还原法、化学沉淀法、反渗透法、电解离子交换法等。由于重金属具有不被破坏的特点，这些方法只能转变它们的物理和化学形态，但不能将其彻底根除。对于此类废水的处理需要一种高效、稳定的处理技术。

本文采用淀粉基微球作为吸附剂，对重金属离子Ni²⁺进行吸附实验，研究其吸附平衡、吸附过程中的热力学和动力学，并探讨了其吸附机理，为淀粉微球在处理重金属离子领域提供理论依据。

1 实验部分

1.1 淀粉基微球的制备^[1]

1.2 吸附等温线

平衡吸附实验条件： 308K、318K和328K。将准确称取好的0.3g淀粉微球置于具塞锥形瓶，加入已知浓度(C₀)的NiSO₄溶液50ml，以100r/min的恒定速度在恒温振荡器中振荡，至吸附平衡为止。离心分离后取上层清液适量，用原子吸收分光光度法测定Ni²⁺平衡浓度(C_e)，根据式(1-1)计算平衡吸附容量Q_e：

(1-1)

式中：C₀—Ni²⁺溶液初始浓度(mmol·L^-1)；C_e—Ni²⁺溶液平衡浓度(mmol·L^-1)；V —溶液体积(L)；W —淀粉微球的质量(g)；Q_e—平衡吸附量(mmol·g ^-1)。

1.3 FT-IR红外光谱、XRD粉末衍射测试

将少量的淀粉基微球加入过量的30 mmol·L^-1的NiSO₄溶液中，等吸附平衡后，将微球过滤，水洗至滤液中检测不到SO₄^2-存在，真空冷冻干燥后，得到绿色的吸附产物，对其进行FT-IR及XRD衍射实验。

1.3.1淀粉微球红外光谱测试

将淀粉基微球和吸附产物制成KBr压片，用VECTOR-22型傅里叶变换红外光谱仪进行红外光谱分析，在500～4000 cm^-1范围分析谱线的差异。

1.3.2淀粉微球的XRD测试

用D/max-2200pc型X射线衍射仪对淀粉基微球和吸附Ni ²⁺的微球样品进行X射线衍射，实验条件：CuK_α，40kV×40mA，扫描速度为16°/min，采样宽度为0.02°。

2 结果与讨论

2.1 淀粉基微球及吸附Ni²⁺后的FTIR图

图1为淀粉基微球(a)、淀粉基微球- Ni²⁺ (b)的FT-IR谱线。由图可见，a谱图在575cm^-1、1154cm^-1～1040cm^-1等处出现特征吸收峰，1651cm^-1的谱线为酰胺Ⅰ峰，1536cm^-1为酰胺Ⅱ峰， 3445cm^-1为ν_N-H和ν_O-H的重叠吸收峰。吸附Ni²⁺后ν_N-H和ν_O-H的吸收重叠峰蓝移至3424cm^-1处，而原在1154-1040 cm^-1间的ν_C-O伸缩振动吸收峰均向高波数位移且峰形变宽，说明羟基参与了配位。酰胺Ⅰ峰红移至1686cm^-1处，酰胺Ⅱ峰向低偏移至1591cm^-1处，表明酰胺基也可能参与了与金属离子的配位。结合这两点可有力的证明淀粉基微球成功吸附Ni²⁺。

图1淀粉基微球及吸附Ni²⁺后的红外光谱图

Fig1 FT-IR spectrum of S-M and S-M-Ni²⁺

2.2 淀粉基微球及吸附Ni²⁺的X射线衍射分析

图2为淀粉基微球及其吸附Ni²⁺的XRD粉末衍射谱图。微球吸附Ni²⁺离子后，21°附近的衍射峰强度下降，结晶能力降低，经过计算其结晶度为0.72％，已属于非晶态，说明Ni²⁺被吸附后起了降低微球结晶度的作用，原因为Ni²⁺半径小容易渗入微球内部，其阻隔作用扩大了微球分子链间的距离，降低了分子间氢键等相互作用，同时Ni²⁺离子与球分子链上的-NH-和-OH中的N和O配位，破坏了分子间及分子内的氢键，使微球的结晶区被破坏，导致结晶度下降。

图2 淀粉基微球对Ni²⁺的XRD图

Fig2 XRD spectrum of S-M dealt with Ni²⁺

2.3 淀粉基微球吸附Ni²⁺后的等温吸附方程

2.3.1Langmiur吸附等温方程

以单分子层吸附理论，Langmiur吸附等温线为模型，对不同温度下微球对Ni²⁺离子的吸附等温线进行拟合分析，拟合系数据如表1所示。结果表明，Langmiur等温吸附方程能很好的拟合不同温度下淀粉微球对Ni²⁺的吸附行为，相关系数R均大于0.99。同时微球对Ni²⁺的饱和吸附量Q₀随温度升高而呈现下降的趋势，说明温度越高吸附困难。

图3淀粉微球的兰格缪尔吸附等温线

Fig3 Langmiur isotherm adsorption curve of S-M

表1 淀粉基微球对Ni²⁺的兰格缪尔吸附等温线参数

Tab1 Langmiur isotherm parameters for Ni2+ with s S-M

T/K	Fitting equations	b/L·mol-1	Q0/mmol·g-1	R
308	Ce/Qe= 0.8017Ce+22.3272	0.0359	1.2474	0.9962
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