小麦秸秆纤维素高分子改性及其吸附性能研究

论文摘要

随着社会经济及工业化进程的不断发展，水体污染带来了越来越严重的环境及生态问题，加之其种类多、色度深、水质成分复杂、COD和BOD浓度高、毒性大、致病性强等特点，目前已经成为一个影响人类可持续发展的焦点问题。所以，在环境保护越来越受到重视的今天，对废水的处理显得尤为重要。吸附处理作为一种简便、快捷的低成本处理方法，在目前污水处理中有着广泛的应用前景。本论文以小麦秸秆为原材料，经过接枝共聚反应对小麦秸秆纤维素进行了改性处理，旨在生产一种高去除率的新型低成本吸附材料，以提高污水处理效率，促进生态环境的健康发展。本文通过以下四个方面进行了研究。第一、介绍了天然高分子材料纤维素改性以及在废水处理中的应用及研究进展；概括了重金属及染料废水的污染与治理现状。第二、首次以小麦秸秆纤维素（WSC）、功能单体N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）和部分中和的丙烯酸（AA、AANa）为原料，通过接枝共聚制备了小麦秸秆纤维素接枝丙烯酸共聚物（WSC-PNAA），采用IR、TG、SEM等方法对其结构和表观形貌进行了表征和分析，以其对重金属Cu（II）的去除率为依据，考察了共聚物的最佳制备条件。第三、研究了WSC-PNAA对重金属Cu（II），阳离子染料亚甲基蓝MB的吸附性能，考察了吸附剂用量，pH值，溶液初始浓度与温度对吸附效果的影响，并对其热力学和动力学模型进行了拟合。结果表明：WSC-PNAA对Cu（II）去除率高达92.5%，吸附容量为142mg/g，对亚甲基蓝去除率高达99.5%，吸附容量为99mg/g；其对Cu（II）的吸附动力学特性很好地符合准二级动力学模型，等温吸附模型符合Freundlich等温式。WSC-PNAA对亚甲基蓝的吸附动力学特性较好地符合准二级动力学模型，等温吸附模型符合Freundlich等温式。第四、以小麦秸秆纤维素接枝烯丙基氯化铵共聚物（WSC-PAMD）为吸附剂，考察了其对染料碱性品红BF和孔雀石绿MG废水的吸附性能。发现脱色率分别为98.7%、96.9%。其吸附动力学特性都符合准二级动力学模型，等温吸附模型都能较好地符合Freundlich等温式。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 纤维素的改性及在废水处理中的应用研究进展
• 1.1 纤维素的结构
• 1.2 纤维素的改性
• 1.2.1 氧化反应
• 1.2.2 醚化反应
• 1.2.3 酯化反应
• 1.2.4 接枝共聚反应
• 1.2.5 阳离子交换纤维素的改性
• 1.2.6 阴离子交换纤维素的改性
• 1.3 重金属离子与染料废水的危害与处理
• 1.3.1 重金属离子废水的危害与处理
• 1.3.2 染料废水的危害与处理
• 1.4 改性纤维素在废水处理中的应用
• 1.4.1 重金属离子废水的处理
• 1.4.2 染料废水的处理
• 1.4.3 有机废水的处理
• 1.4.4 纤维素吸水材料
• 1.4.5 纤维素吸油材料
• 1.5 论文选题与研究意义
• 第2章 小麦秸秆纤维素接枝丙烯酸共聚物的制备与表征
• 2.1 前言
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 实验试剂与仪器
• 2.2.2 小麦秸秆纤维素接枝丙烯酸共聚物 WSC-PNAA 的制备
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 WSC-PNAA 的制备
• 2.3.2 表观形态
• 2.3.3 IR 分析
• 2.3.4 SEM 分析
• 2.3.5 WSC-PNAA 的热重分析
• 2.3.6 WSC-PNAA 的接枝机理
• 2.4 小结
• 第3章 WSC-PNAA 共聚物吸附铜离子性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 仪器与试剂
• 3.2.2 标准曲线的绘制
• 3.2.3 溶液配制
• 3.2.4 吸附实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 不同吸附剂对 Cu（II）的吸附性能
• 2+去除率的影响'>3.3.2 初始浓度对 Cu²⁺去除率的影响
• 2+去除率的影响'>3.3.3 吸附剂用量对 Cu²⁺去除率的影响
• 2+去除率的影响'>3.3.4 溶液 pH 对 Cu²⁺去除率的影响
• 2+去除率的影响'>3.3.5 温度对 Cu²⁺去除率的影响
• 2+去除率的影响'>3.3.6 吸附时间对 Cu²⁺去除率的影响
• 3.3.7 等温吸附特性
• 3.3.8 吸附动力学特性
• 2+吸附机理'>3.3.9 WSC-PNAA 对 Cu²⁺吸附机理
• 3.4 小结
• 第4章 WSC-PNAA 接枝共聚物对亚甲基蓝吸附性能研究
• 4.1 前言
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 仪器与试剂
• 4.2.2 吸附实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 不同吸附剂对 MB 的吸附性能
• 4.3.2 初始浓度对 MB 脱色率的影响
• 4.3.3 吸附时间对 MB 脱色率的影响
• 4.3.4 吸附剂用量对 MB 脱色率的影响
• 4.3.5 溶液 pH 对 MB 脱色率的影响
• 4.3.6 温度对 MB 脱色率的影响
• 4.3.7 等温吸附特性
• 4.3.8 吸附动力学特性
• 4.4 小结
• 第5章 小麦秸秆纤维素接枝烯丙基氯化铵共聚物的制备及吸附性能
• 5.1 前言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 试剂与仪器
• 5.2.2 小麦秸秆纤维素接枝烯丙基氯化铵共聚物的制备
• 5.2.3 孔雀石绿标准曲线的绘制
• 5.2.4 吸附实验方法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 WSC-PAMD 聚合物的制备与表征
• 5.3.1.1 实验条件的优化
• 5.3.1.2 表观形态
• 5.3.1.3 WSC-PAMD 的 IR
• 5.3.1.4 WSC-PAMD 的 SEM
• 5.3.2 WSC-PAMD 对不同物质的吸附性能
• 5.3.3 WSC-PAMD 聚合物对 BF 的吸附性能
• 5.3.3.1 不同吸附剂对 BF 的吸附性能
• 5.3.3.2 初始浓度对 BF 脱色率的影响
• 5.3.3.3 吸附剂用量对 BF 脱色率的影响
• 5.3.3.4 时间对吸附 BF 的影响
• 5.3.3.5 温度对 BF 脱色率的影响
• 5.3.3.6 溶液 pH 对 BF 脱色率的影响
• 5.3.3.7 等温吸附特性
• 5.3.3.8 吸附动力学特性
• 5.3.4 WSC-PAMD 对 MG 的吸附性能
• 5.3.4.1 不同吸附剂对 MG 的吸附性能
• 5.3.4.2 初始浓度对 MG 脱色率的影响
• 5.3.4.3 吸附剂用量对 MG 脱色率的影响
• 5.3.4.4 吸附时间对 MG 脱色率的影响
• 5.3.4.5 pH 对吸附 MG 的影响
• 5.3.4.6 温度对吸附 MG 的影响
• 5.3.4.7 吸附等温特性
• 5.3.4.8 吸附动力学特性
• 5.3.4.9 WSC-PAMD 吸附 MG 的机理推测
• 5.4 本章小结
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间科研成果
• 致谢