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EDDS功能化硅膠協同去除MG及Cr(VI)實驗方案
發布時間:2025-04-14

研究背景:

紡織廠、皮革廠排出的廢水里藏著兩”毒”——孔雀石綠(MG)和六價鉻(Cr(VI))。MG是致癌染料,會讓魚蝦變異;Cr(VI)毒性是砒霜的100倍,還會在食物鏈里無限循環。傳統處理方法要么效率低,要么產生二次污染,急需一種既能解毒又能回收金屬的解決方案。

 

一、材料制備      

1. EDDS-Silica的制備      

試劑 :

• 硅膠(8μ1.5g)

• EDDS(6.0g,98%純度)

• γ-縮水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷(γ-GLDP,4mL,95%)

• 超純水(80mL)

• 鹽酸(調節pH)

 

步驟 :

1.EDDS活化:  

將6.0g EDDS溶于80mL超純水,用NaOH調節pH至11.0,攪拌30分鐘。

2.硅烷偶聯:  

滴加4mL γ-GLDP,室溫攪拌1小時,形成均勻溶液。

3.硅膠負載:  

加入1.5g硅膠,90-95℃油浴攪拌2小時,冷卻后抽濾。

4.洗滌與干燥:  

用10%乙酸洗滌3次,超純水洗至中性,65℃真空干燥12小時。

 

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2. EDDS-Co²?-Silica的制備      

試劑:

• EDDS-Silica(1.0g)

• CoCl?·6H?O溶液(1mmol/L,pH 4.6,20mL)

 

步驟:

1.金屬離子吸附:  

將1.0g EDDS-Silica加入CoCl?溶液,超聲10分鐘,30℃振蕩吸附2小時。

2.洗滌與干燥:  

抽濾后用超純水洗滌3次,65℃真空干燥12小時。

 

---

 

 

 

二、材料表征      

1. FTIR分析(表征官能團)      

•儀器:傅里葉紅外光譜儀(FTIR)

•條件:掃描范圍400-4000 cm?¹,分辨率4 cm?¹

•樣品處理:KBr壓片法

 

2. XPS分析(元素組成及價態)      

• 儀器:X射線光電子能譜儀(XPS)

•條件:Al Kα激發源(1486.6 eV),真空度<1×10?? Pa

• 分析區域:全掃描(0-1350 eV)及窄區掃描(C1s、Si2p、Co2p)

 

3. ICP-AES分析(金屬鍵合量)      

• 儀器:電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP-AES)

• 步驟:  

1. 配制系列Co²?標準溶液(0-100 mg/L)  

2. 消解樣品(王水消解法)  

3. 測定EDDS-Silica中Co²?含量,計算鍵合量(公式見原文)。

 

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三、催化性能測試(MG降解實驗)      

1. 實驗裝置      

• 反應器:50 mL錐形瓶  

• 溫控設備:恒溫水浴振蕩器(25℃,200 r/min)  

• 檢測設備:紫外可見分光光度計(616 nm)

 

2. 標準曲線制作      

•  MG儲備液:50 mg/L(稱取0.2829g K?Cr?O?溶于水定容至100mL)  

• 工作液配制:稀釋至0.5-10 mg/L,測定吸光度繪制標準曲線(線性方程:A=0.0506C-0.0204,R²=0.99)。

 

3. 降解流程      

1.反應體系:  

• 50 mL MG溶液(50 mg/L)  

• 加入EDDS-Silica(0.003 g)或EDDS-Co²?-Silica(0.003 g)  

• 加入FeSO?·7H?O(100 μmol/L)和H?O?(20 mmol/L)  

2.反應條件:  

• pH 3-7(用HCl/NaOH調節)  

• 溫度25℃,振蕩速率200 r/min  

• 反應時間1小時  

3.檢測:  

過濾后測定吸光度,計算降解率(公式:R=(C?-C?)/C?×100%)。

                                            

 

四、吸附性能測試(殘留金屬去除)      

1. 實驗條件      

•溶液:降解反應后殘余液(pH 7)  

•吸附劑:EDDS-Silica(0.3 g)  

•溫度:30℃  

•時間 :4小時  

 

2. 檢測指標      

•總Cr及總Fe濃度:ICP-AES測定  

• 去除率:公式同上(R=(C?-C?)/C?×100%)。

 

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五、關鍵參數控制表      

 

參數   范圍/條件 優化值 
pH  3-9 7(最佳)
H?O?濃度 10-30 mmol/L  20 mmol/L
 Cr(VI)初始濃度 10-50 mg/L 25 mg/L  
溫度 20-40℃  30℃(最佳)

 

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六、注意事項      

1.EDDS預處理:需充分活化(pH 11)以保證螯合效率。  

2. Co²?負載量:通過ICP-AES監控,確保鍵合量穩定(約1.06 mg/g)。  

3.Fenton試劑配比:Fe²?與H?O?摩爾比1:200,過量H?O?會抑制·OH生成。  

4.Cr(VI)干擾:高濃度Cr(VI)可能競爭·OH,需控制初始濃度≤25 mg/L。

 

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通過上述標準化流程,可在實驗室條件下復現MG及Cr(VI)的高效協同去除效果。實驗數據表明,在pH 7、20 mmol/L H?O?條件下,EDDS-Co²?-Silica對MG降解率達96.67%,總Cr殘留<5 mg/L,完全滿足環保排放標準。

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