壳聚糖/海藻酸钠吸附剂的制备及性能研究

论文摘要

随着工业、城市污染的加剧,重金属污染已经成为全球化问题。对废水中重金属的处理已经成为世界各国环境保护工作的重点。重金属的吸附处理能解决环境问题,是当今世界环保领域优先研究的方向。壳聚糖具有环境相容性、可再生性、资源丰富以及价廉易得等优点,已经在许多领域得到广泛应用。研究证明,对壳聚糖进行化学改性所制备得到的壳聚糖螯合树脂可以选择吸附水体中多种重金属离子,因此壳聚糖螯合树脂在重金属处理上已经得到越来越多的关注和应用。海藻酸钠具有低毒性,良好的生物相容性、增稠性、成膜性和凝胶性能和高度可降解性,这些独特性能使得海藻钠在众多领域中获得了广泛应用,而其内部的多孔结构使其成为良好的吸附材料。利用壳聚糖和海藻酸钠分子间的静电吸附作用,制备了壳聚糖/海藻酸钠凝胶颗粒（CS/SA）,用FTIR、XRD等手段表征其结构。结果表明,SA的引入破坏了CS分子链间的有序排列,CS/SA表现为无定型态。物理性能研究表明CS/SA具有多孔性和良好的吸水溶胀性。同时还研究了该吸附剂对水溶液中Cu（Ⅱ）和Cr（Ⅵ）的吸附性能。CS/SA对Cu（Ⅱ）和Cr（Ⅵ）的吸附容量均随着离子浓度增加而增大,两种吸附过程均属于优惠吸附。CS/SA对Cu（Ⅱ）的吸附过程基本符合拟一级动力学方程,最佳吸附条件为:CS/SA用量m=0.10 g,吸附时间t=90 min,pH值范围为5.0-6.0,吸附容量qe达39.96 mg·g-1;CS/SA对Cr（Ⅵ）的吸附过程符合拟二级动力学方程,最佳吸附条件为:CS/SA用量m=0.10 g,吸附时间t=150 min,pH值范围为5.0-6.0,吸附容量qe达18.46 mg·g-1。以环氧氯丙烷为交联剂,制备了交联壳聚糖/海藻酸钠（CCS/SA）。探索了合成各个步骤的最佳条件,重点讨论了投料质量比、环氧氯丙烷用量、反应温度和时间对交联度影响。交联反应的最佳合成条件为:CSS:SA= 2:1,环氧氯丙烷的用量为10 mL,反应温度为55℃,反应时间为16 hr,此时交联度达77.68%。通过FTIR和SEM等手段对其结构和表面形貌进行了表征,结果表明,反应是按照设定的路径进行,CCS/SA表面具有大量空穴结构,有利于吸附性能的提高。研究了CCS/SA对Cu（Ⅱ）的吸附性能,考察了吸附时间、溶液pH值、离子浓度和CCS/SA用量等因素对吸附性能的影响,结果表明CCS/SA对Cu（Ⅱ）的最佳吸附条件为:用量m=0.10 g,吸附时间t=120 min,pH值范围为4.0-6.0,吸附容量qe达46.36 mg·g-1;该吸附过程属于优惠吸附,较符合拟二级动力学方程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 重金属废水处理方法
• 1.2.1 化学处理法
• 1.2.2 物理化学法
• 1.2.3 生物化学法
• 1.3 壳聚糖简介
• 1.3.1 壳聚糖化学结构
• 1.3.2 壳聚糖的物理化学性质
• 1.3.3 壳聚糖对金属离子的作用
• 1.4 壳聚糖的化学改性及其在水处理上的运用
• 1.4.1 交联改性
• 1.4.2 接枝改性
• 1.4.3 复合改性
• 1.5 海藻酸盐简介
• 1.5.1 海藻酸盐的化学结构
• 1.5.2 海藻酸及盐的物理化学性质
• 1.5.3 海藻酸及盐在水处理上的运用
• 1.6 论文研究的目的意义、主要内容及创新点
• 1.6.1 研究的目的意义
• 1.6.2 论文研究的主要内容
• 1.6.3 论文的创新点
• 第二章 壳聚糖/海藻酸钠凝胶颗粒的制备及吸附性能研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 壳聚糖/海藻酸钠凝胶颗粒（CS/SA）的制备
• 2.2.3 红外光谱分析
• 2.2.4 X 射线衍射分析
• 2.2.5 CS/SA 理性能的测定
• 2.2.6 吸附性能
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 红外光谱（FTIR）分析
• 2.3.2 X 射线衍射（XRD）分析
• 2.3.3 CS/SA 物理性能
• 2.3.4 吸附性能
• 2.4 本章小结
• 第三章 交联壳聚糖/海藻酸钠制备条件的优化及表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂及仪器
• 3.2.2 交联壳聚糖/海藻酸钠的制备
• 3.2.3 红外光谱（FTIR）分析
• 3.2.4 扫描电镜分析
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 Shciff 碱壳聚糖合成条件的优化
• 3.3.2 交联Shciff 碱壳聚糖/海藻酸钠合成条件的优化
• 3.3.3 交联壳聚糖/海藻酸钠的红外光谱分析
• 3.3.4 扫描电镜分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 交联壳聚糖/海藻酸钠吸附CU（Ⅱ）的研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 CCS/SA 的制备
• 4.2.2 吸附性能测定
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 吸附动力学
• 4.3.2 溶液pH 值对吸附的影响
• 4.3.3 CSS/SA 用量对吸附的影响
• 4.3.4 吸附等温线
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果
• 致谢
• 附件