高密荷电与分子刻印制备贵金属生物吸附剂及其性能评价研究

随着现代工业规模的日益扩大，贵金属的需求也逐年增长，工业废水中贵金属的回收和利用已成为现代社会亟待解决的问题。生物吸附技术，作为一项新型的绿色技术，在贵金属的去除和回收应用中具有较大的潜力和前景。本研究以啤酒厂废酵母作为生物吸附剂原材料，着重开发表面具有高密度电荷、且对贵金属离子选择性吸附的生物吸附剂，并将其运用在工业废水中贵金属的去除和回收。提出并应用吸附/交联的改性理论，增加生物质表面高密度电荷；对粉末状的酵母吸附剂进行固化，增强其机械强度和稳定的吸附/解吸能力；运用分子刻印技术制备对目标贵金属有选择性吸附的生物吸附剂；并对所制备的生物吸附剂进行一系列性能评价。

随着现代工业的快速发展，贵金属广泛应用于众多领域，而废水中贵金属已经不仅仅局限于一般金属“去除”的概念，更因为其自身的昂贵价格而被关注于“回收”的概念。如何高效地、有选择性地利用生物吸附技术将贵金属从工业废水中去除并回收，已成为生物吸附技术在工业应用方面推广所面临的最具挑战的问题。本研究选择啤酒厂发酵废酵母作为原材料，可生物降解且含有大量氨基的高分子壳聚糖作为固化材料，将粉末状啤酒废酵母固化成纤维壳聚糖，增加了酵母吸附剂的机械强度的同时，提高了废酵母吸附剂表面的吸附功能团，使壳聚糖／酵母对金的吸附量由原始废酵母的150 mg/g提高到310 mg/g；同时通过控制交联条件，将硫脲和环氧氯丙烷反应生成的schiff碱嫁接在壳聚糖／酵母纤维上，大大增加了吸附剂表面的硫基，使硫脲嫁接壳聚糖／酵母对金的吸附性能提高到605 mg/g；对饱和吸附剂进行解吸或者焚烧，通过酸化硫脲的洗脱，解吸率可达99%以上，焚烧后可获得纯度为80%以上的固态金，为金提供了浓缩液或和固态两种回收形态的金。利用离子刻印技术，研究制备目标贵金属Pd(II)选择性吸附性能的壳聚糖纤维吸附剂的关键控制因素，包括交联剂的选择、交联剂的用量、刻印pH值等，其中pH值的控制最为重要，直接关系到刻印空间吸附作用位点的数量；尽管在单金属溶液中，Pd(II)刻印壳聚糖纤维吸附剂相较未刻印壳聚糖纤维吸附剂对贵金属Pd(II)的吸附量略有提高，但在含有Pd、Pt、Cu、Co和Ni的金属混合溶液中，刻印壳聚糖纤维吸附剂对Pd(II)的吸附量基本和在单金属溶液中的一样维持在325 mg/g，而未刻印的壳聚糖纤维吸附剂的吸附性能由在单金属溶液中的314 mg/g降低到235 mg/g，可看出刻印技术的应用对提高吸附剂的选择性吸附性能具有明显的效果；混合溶液中[PtCl6]-对[PdCl4]-选择性吸附效果最具干扰性，由于其结构、分子量十分相似，即使是刻印的壳聚糖纤维吸附剂也有一定的吸附量（30-50 mg/g），但可以通过分步解吸，先用NaOH溶液将吸附在壳聚糖纤维吸附剂上的Pt(IV)全部洗脱下来，再用酸化的硫脲进行解吸，将壳聚糖纤维吸附剂上的Pd(II)洗脱下来，从而实现贵金属的高效分离回收；用实际工业废水进行实验室柱状小试试验，刻印壳聚糖纤维吸附剂表现良好，对Pt、Co、Ni、Cu金属离子都快速穿透，而对Pd的穿透时间