黄原酸化交联壳聚糖的制备及吸附性能的研究

论文摘要

天然高分子壳聚糖因其分子上含有大量的-NH2和-OH ,能与金属离子形成配位键而具有极强的螯合能力。通过对其进行化学改性,可提高其对金属离子的吸附能力,被广泛用于处理含金属离子的废水。本文以壳聚糖为原料首先用苯甲醛在常温下与壳聚糖发生Schiff碱反应,再用环氧氯丙烷、乙二胺进行交联;交联后用盐酸脱去保护基,最后用二硫化碳对它进行黄原酸化,得到最终产物。通过正交试验分析得出黄原酸化的最优反应条件为:物料比1:2,反应温度40℃,介质OH-的浓度0.2mol/L,反应时间4小时。并且用FTIR、X射线衍射、元素分析等多种分析手段对CTSN-CS2及其中间产物进行了表征,所得产物与设计路线相吻合,达到了预期的目的。分别从吸附容量、介质酸度、吸附动力学、吸附等温线及吸附剂的再生五个方面,研究了CTSN-CS2对Cu2+、Ni2+、Pb2+的吸附性能。实验结果表明:在初始浓度为3.0mmol/L的重金属离子溶液中,CTSN-CS2对Cu2+、Ni2+、Pb2+的吸附容量分别为:2.645mmol/g、1.943mmol/g、1.856mmol/g。介质酸度对吸附性能有较大影响,在pH值较低时,吸附剂对三种离子的吸附容量都比较低,随着pH值的升高,对金属离子的吸附容量增大,最佳的pH为5-6。CTSN-CS2对三种离子的吸附都具有较快的动力学速度,其中对Cu2+的吸附最快,约4h达到平衡,吸附速率大小顺序为KCu> KNi > KPb。通过CTSN-CS2对重金属离子的吸附动力学分析发现,对Cu2+、Ni2+、Pb2+三种重金属离子的吸附容量随着离子初始浓度的增加而增加,通过Langmuir理论公式及Freundlich经验公式分析,发现与Langmuir理论公式更为吻合。在Cu2+、Ni2+、Pb2+三元混合体系中,CTSN-CS2对Cu2+、Ni2+、Pb2+的吸附容量都有所降低,对Cu2+有较高的吸附容量和吸附选择性,对Ni2+和Pb2+的吸附容量和吸附选择性稍差。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 前言
• 1.1 甲壳素、壳聚糖的结构及性质
• 1.1.1 甲壳素、壳聚糖的结构
• 1.1.2 甲壳素、壳聚糖的物理性质
• 1.1.3 壳聚糖的化学性质
• 1.2 交联壳聚糖的合成及其对重金属离子吸附的研究进展
• 1.2.1 直接交联
• 1.2.2 交联中进行化学修饰
• 1.2.3 分子印迹法交联壳聚糖
• 1.3 论文研究的意义及内容
• 1.3.1 论文研究的目的及意义
• 1.3.2 研究内容
• 第二章 黄原酸化交联壳聚糖的制备及其表征
• 2.1 主要仪器及试剂
• 2.1.1 材料及试剂
• 2.1.2 仪器及设备
• 2.2 合成路线
• 2的保护'>2.2.1 壳聚糖C3 位－NH₂的保护
• 2.2.2 壳聚糖的环氧化
• 2.2.3 乙二胺交联壳聚糖
• 2.2.4 保护基的脱除
• 2.2.5 黄原酸化
• 2.3 实验方法
• 2的保护'>2.3.1 壳聚糖C3 位-NH₂的保护
• 2.3.2 壳聚糖的环氧化
• 2.3.3 乙二胺交联壳聚糖
• 2.3.4 保护基的脱除
• 2.3.5 黄原酸化
• 2.4 吸附剂的结构表征
• 2.4.1 红外光谱分析
• 2.4.2 元素分析结果分析
• 2.4.3 X-衍射分析
• 2.4.4 扫描电镜分析
• 第三章 黄原酸化交联壳聚糖对一元重金属离子的吸附
• 3.1 主要的实验试剂及仪器
• 3.2 实验方法
• 3.2.1 吸附容量
• 3.2.2 介质酸度的影响
• 3.2.3 吸附动力学分析
• 3.2.4 吸附等温线
• 3.2.5 吸附剂的再生
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 吸附容量
• 3.3.2 介质酸度的影响
• 3.3.3 吸附动力学分析
• 3.3.4 吸附等温线
• 3.3.5 吸附剂的再生
• 第四章 黄原酸化交联壳聚糖对多元金属离子的吸附
• 4.1 主要的实验试剂及仪器
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 吸附容量
• 4.2.2 介质酸度的影响
• 4.2.3 吸附动力学
• 4.2.4 吸附选择性
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 吸附容量
• 4.3.2 介质酸度的影响
• 4.3.3 吸附动力学研究
• 4.3.4 吸附选择性
• 第五章 结论
• 参考文献
• 攻读硕士研究生期间发表的论文
• 致谢