壳聚糖—铝氧化物复合材料对重金属离子的吸附动力学及热力学研究

论文摘要

随着现代工业的发展,含重金属废水的排放量越来越大,水质也更加复杂,所以对重金属废水的处理,得到环保工作者更多的重视。在研究治理此类废水时,大家达成一个共识：有效的处理方法应该具有高效、方便、不会产生二次污染的特点。去除工业废水中重金属离子的方法主要有化学沉淀法、微电解—混凝沉淀法、吸附法等,其中尤以吸附法较为引人注意。壳聚糖是一种天然高分子化合物,高分子链段中含有-NH2,-OH活性基团,与重金属离子形成配位化合物,可制成高分子吸附剂吸附重金属离子,而且无毒,不产生二次污染,并能为生物作用分解。但是,当壳聚糖在酸性环境中吸附金属离子时,会因分子中的-NH2被质子化形成-NH3+而溶于水造成吸附剂的损失；其次,壳聚糖分子链间和分子链内部氢键的存在而影响了吸附能力；再次,是壳聚糖的机械强度、热稳定性和化学稳定性也都有待进一步提高。为改善壳聚糖的性能,常通过交联、衍生化、与其它聚合物或无机物共混等手段对其进行改性。然而这些方法或存在只能局部改进某一方面性能,或存在混合不均匀,或存在操作要求严格且成本较高等缺陷,从而影响了它们在实际中的应用。A1203等无机化合物表面含有丰富的羟基,也可作为吸附剂用于废水中重金属离子的处理,但它们脆性大、在水溶液中容易失活、不易沉降、难以回收和再利用,因此其应用受到了限制。有机高分子化合物／无机物复合材料兼具高分子化合物和无机物的优点。本文中我们利用铝化合物具有路易斯酸的性质、壳聚糖上的羟基和氨基具有路易斯碱的性质,以异丙醇铝为原料,采用化学键合方法在壳聚糖分子链单元引入金属氧化物,制备了壳聚糖—铝氧化物复合材料,发现其对金属离子具有较好的吸附性能。研究了这种复合材料对水溶液中Ni2+、Co2+、Zn2+的吸附性能,探讨了吸附时间、吸附温度、起始浓度、pH对吸附性能的影响,确定了其吸附的最佳条件。本文研究了壳聚糖-铝氧化物复合材料对Ni2+、Co2+、Zn2+的吸附动力学和热力学,得到了相应离子的吸附动力学模型和热力学模型,并得到了相应的Ea和热力学参数。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 综述
• 摘要
• 1.1 重金属废水的危害及处理技术
• 1.2 壳聚糖的结构与性质
• 1.3 壳聚糖吸附重金属离子的研究进展
• 1.4 等温吸附热力学平衡模型
• 1.4.1 Langmuir等温吸附平衡模型
• 1.4.2 Freundlich等温吸附平衡模型
• 1.4.3 Temkin等温吸附平衡模型
• 1.4.4 Redlich-Peterson等温吸附平衡模型
• 1.5 吸附动力学模型
• 1.5.1 准一级动力学方程
• 1.5.2 准二级吸附动力学方程
• 1.5.3 粒子扩散方程
• 1.5.4 Elovich方程
• 1.6 热力学和动力学常数
• 1.6.1 吸附过程的吉布斯自由能变化、焓变和熵变
• 1.6.2 活化能
• 1.7 论文的研究目的和意义
• 2+的吸附'>第2章 壳聚糖-铝氧化物复合材料对Ni²⁺的吸附
• 摘要
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与主要仪器
• 2.2.2 复合材料的制备
• 2.2.3 实验方法
• 2.3 实验结果与讨论
• 2.3.1 标准曲线的测定
• 2.3.2 时间对吸附性能的影响
• 2.3.3 温度对吸附性能的影响
• 2.3.4 初始浓度对吸附性能的影响
• 2.3.5 pH对吸附性能的影响
• 2.3.6 不同材料的吸附性能比较
• 2+的吸附的动力学研究'>2.3.7 复合材料对Ni²⁺的吸附的动力学研究
• 2+的吸附的热力学研究'>2.3.8 复合材料对Ni²⁺的吸附的热力学研究
• 2.4 结论
• 2+的吸附'>第3章 壳聚糖-铝氧化物复合材料对Zn²⁺的吸附
• 摘要
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 仪器与试剂
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 时间对吸附性能的影响
• 3.3.2 温度对吸附性能的影响
• 3.3.3 初始浓度对吸附性能的影响
• 3.3.4 pH对吸附性能的影响
• 3.3.5 不同材料的吸附性能比较
• 2+的吸附的动力学研究'>3.3.6 复合材料对Zn²⁺的吸附的动力学研究
• 2+的吸附的热力学研究'>3.3.7 复合材料对Zn²⁺的吸附的热力学研究
• 3.4 结论
• 2+的吸附'>第4章 壳聚糖-铝氧化物复合材料对Co²⁺的吸附
• 摘要
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 仪器与试剂
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 标准曲线的测定
• 4.3.2 时间对吸附性能的影响
• 4.3.3 温度对吸附性能的影响
• 4.3.4 初始浓度对吸附性能的影响
• 4.3.5 pH对吸附性能的影响
• 4.3.6 不同材料的吸附性能比较
• 2+的吸附的动力学研究'>4.3.7 复合材料对Co²⁺的吸附的动力学研究
• 2+的吸附的热力学研究'>4.3.8 复合材料对Co²⁺的吸附的热力学研究
• 4.4 结论
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间取得的科研成果