Ag/CTS印迹凝胶球的制备及性能研究

论文摘要

银离子的选择性分离和富集对于环境的保护以及资源的回收利用具有极其重要的意义,相比传统方法,吸附法对于银离子的回收具有耗能小、无二次污染以及对痕量银作用明显等优点,但目前吸附法回收银仍具有吸附材料制备困难、价格昂贵、吸附后处理困难以及重复使用性能较低等缺点,因而开发一种制备工艺简单、价格相对低廉、后处理简便以及具有优良重复使用性能的吸附材料具有重要的理论意义和应用价值。本文针对上述问题,以银离子为模板剂、壳聚糖为成球基材,制备了含水型Ag/CTS印迹凝胶球（silver ion imprinted chitosan hydrogel beads,Ag-ICHB）以及干燥型Ag/CTS印迹凝胶球（silver ion imprinted chitosan gel beads,Ag-ICGB）,探讨了壳聚糖（CTS）浓度、Ag（Ⅰ）添加量、凝固浴浓度、凝固浴温度、洗脱剂浓度以及洗脱时间等对Ag-ICHB的磨损率（S）、含水率（M）以及吸附容量（Q）的影响,考察了壳聚糖含量、Ag（Ⅰ）添加量、凝固浴浓度、凝固浴温度、热处理温度、洗脱剂浓度以及洗脱时间等对Ag-ICGB的溶胀率（W）以及吸附容量（Q）的影响。研究结果显示,当壳聚糖质量浓度为2.0%（ω）、CTS:Ag（Ⅰ）（mol:mol）为1:0.1、凝固浴质量分数为22%、凝固浴温度为90℃、洗脱剂硫代硫酸钠浓度为6.0g/l、洗脱时间为2h时,Ag-ICHB具有较高吸附容量以及较低含水率和质量损失率。当壳聚糖质量浓度为2.0%（ω）、CTS:Ag（Ⅰ）（mol:mol）为1:0.1、凝固浴质量分数为22%、凝固浴温度为室温、热处理温度为60℃、洗脱剂浓度为8.0g/L、洗脱时间为4h时,Ag-ICGB具有适中的溶胀率以及较高吸附容量。FI-IR分析结果显示壳聚糖分子内的伯羟基可与三乙醇胺作用,三乙醇胺既是凝固浴,也是交联剂,Ag（Ⅰ）可与壳聚糖中氨基上的氮原子以及伯羟基上的氧原子发生配位作用,亦说明Ag（Ⅰ）可以被印迹,也可以被洗脱;DSC分析结果表明, Ag-ICGB对Ag（Ⅰ）的吸附分为两种形式,一为化学键结合,二是表面吸附;SEM分析结果显示Ag（Ⅰ）进入Ag-ICGB,会使其表面结构发生明显变化。性能研究显示,Ag-ICHB及Ag-ICGB对Ag（Ⅰ）的吸附容量在浓度为10g/L处达到最大,同一浓度下,Ag-ICHB吸附容量明显大于Ag-ICGB;Ag-ICHB在200min时可达到吸附平衡,平衡吸附容量为382mg/g,Ag-ICGB在600min时达到吸附平衡,平衡吸附容量为231mg/g;颗粒内扩散是Ag-ICGB吸附过程的主要控制步骤,液膜扩散控制Ag-ICGB的吸附过程;Ag-ICHB及Ag-ICGB的最佳吸附pH值范围为5.0～5.5;溶液温度对Ag-ICHB及Ag-ICGB吸附容量影响均较小,但在50℃左右均达到最大吸附容量;Ag-ICHB及Ag-ICGB对银离子均有较好的选择吸附性能,其中Ag-ICGB的选择性高于Ag-ICHB的选择性;Ag-ICHB及Ag-ICGB的耐碱性均强于耐酸性;Ag-ICGB具有优良的循环使用能力。结果显示此种印迹球是一种制备工艺简单、价格相对低廉、具有优良重复使用性能的吸附材料,具有广泛应用前景。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 凝胶概述
• 1.1.1 溶胶-凝胶转化理论
• 1.1.2 凝胶的特性及其分类
• 1.1.3 凝胶的制备方法
• 1.1.4 凝胶的功能与应用
• 1.2 壳聚糖及其应用
• 1.2.1 壳聚糖简介
• 1.2.2 壳聚糖膜
• 1.2.3 壳聚糖凝胶及其应用
• 1.2.4 壳聚糖及壳聚糖凝胶球对金属离子的吸附作用
• 1.3 分子印迹技术及金属离子印迹技术
• 1.3.1 分子印迹技术及其应用
• 1.3.2 金属离子印迹技术概况
• 1.4 论文选题背景和研究内容
• 1.4.1 论文选题背景和意义
• 1.4.2 论文研究内容
• 参考文献
• 第2章 含水型Ag/CTS 印迹凝胶球的制备
• 2.1 引言
• 2.1.1 三乙醇胺
• 2.1.2 本章研究内容
• 2.2 含水型Ag/CTS 印迹凝胶球的制备
• 2.2.1 实验设备与试剂
• 2.2.2 评价指标及测试方法
• 2.2.3 含水型Ag/CTS 印迹凝胶球的制备
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 壳聚糖含量对含水型Ag/CTS 印迹凝胶球性能的影响
• 2.3.2 初始银离子添加量对含水型Ag/CTS 印迹凝胶球性能的影响
• 2.3.3 凝固浴浓度对含水型Ag/CTS 印迹凝胶球性能的影响
• 2.3.4 凝固浴温度对含水型Ag/CTS 印迹凝胶球吸附性能的影响
• 2.3.5 洗脱剂的选择及洗脱剂浓度对含水型 Ag/CTS 印迹凝胶球吸附性能的影响
• 2.3.6 洗脱时间对含水型Ag/CTS 印迹凝胶球吸附性能的影响
• 2.4 本章小结
• 参考文献
• 第3章 干燥型Ag/CTS 印迹凝胶球的制备及表征
• 3.1 引言
• 3.1.1 分离用凝胶
• 3.1.2 本章研究内容
• 3.2 干燥型Ag/CTS 印迹凝胶球的制备
• 3.2.1 实验设备与试剂
• 3.2.2 实验评价指标及测试方法
• 3.2.3 干燥型Ag/CTS 印迹凝胶球的制备
• 3.3 干燥型Ag/CTS 印迹凝胶球的表征
• 3.3.1 实验仪器
• 3.3.2 红外光谱分析
• 3.3.3 差热分析
• 3.3.4 扫描电镜分析
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 壳聚糖含量对凝胶球性能的影响
• 3.4.2 银离子添加量对凝胶球性能的影响
• 3.4.3 凝固浴浓度及温度对凝胶球性能的影响
• 3.4.4 热处理温度对凝胶球吸附性能的影响
• 3.4.5 印迹离子洗脱效果的评价
• 3.4.6 洗脱剂浓度对凝胶球吸附性能的影响
• 3.4.7 洗脱时间对凝胶球吸附性能的影响
• 3.4.8 FT-IR 分析结果
• 3.4.9 DSC 分析结果
• 3.4.10 SEM 分析结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 壳聚糖-Ag 印迹凝胶球的应用研究
• 4.1 引言
• 4.1.1 银的回收
• 4.1.2 本章研究内容
• 4.2 实验仪器与试剂
• 4.3 吸附性能研究
• 4.3.1 初始液浓度
• 4.3.2 吸附时间
• 4.3.3 溶液pH 值
• 4.3.4 溶液温度
• 4.3.5 选择性吸附能力
• 4.4 Ag-ICHB 及Ag-ICGB 的耐酸碱性研究
• 4.5 Ag-ICHB 及Ag-ICGB 循环使用性能研究
• 4.6 结果与讨论
• 4.6.1 Ag（Ⅰ）溶液初始浓度对Ag-ICHB 及Ag-ICGB 吸附性能的影响
• 4.6.2 吸附时间对Ag-ICHB 及Ag-ICGB 吸附性能的影响
• 4.6.3 溶液pH 值对Ag-ICHB 及Ag-ICGB 吸附性能的影响
• 4.6.4 溶液温度对Ag-ICHB 及Ag-ICGB 吸附性能的影响
• 4.6.5 选择性吸附能力
• 4.6.6 耐酸碱性
• 4.6.7 循环使用性能
• 4.7 本章小结
• 参考文献
• 第5章 结论
• 5.1 实验结论
• 5.2 实验创新点
• 5.3 展望
• 致谢
• 附录