壳聚糖、壳聚糖/氧化石墨有序多孔材料的制备及性能研究

论文摘要

近年来,随着工业生产的发展,产生了大量的重金属离子以及染料废水。相应的,各种废水处理技术也应运而生。这其中,吸附分离技术有了很大的发展,展现出广阔的应用前景。因此,开发一种高效、廉价、无毒害的吸附材料,使它具有高比表面积、高吸附性能来应用于废水处理的是可行的。壳聚糖由于其本身的特性,如具有絮凝作用,分子中含有大量的氨基、羟基具有很强的与金属离子的络合作用以及原料本身的来源丰富,天然无污染等,是一种理想的吸附材料。本文采用定向冷冻干燥法,制备壳聚糖多孔材料。采用IR、SEM等对多孔材料进行结构和形貌分析,同时通过加入造孔剂乙酸乙酯来增加多孔材料的孔隙率,最大限度的增加材料的比表面积,提高吸附效率。为提高壳聚糖多孔材料在水溶液中的力学性能,在壳聚糖中加入氧化石墨,研究了加入不同量的氧化石墨对壳聚糖多孔材料的影响,分析了这种复合材料相对于单纯壳聚糖支架材料的优越性。同时,在室温下,研究了壳聚糖有序多孔材料及其有序复合多孔材料对金属离子Cu(Ⅱ)和染料二甲酚橙(XO)的吸附性能,并重点研究了壳聚糖有序多孔材料的用量、溶液的pH值、吸附时间、壳聚糖的交联度二甲酚橙吸附率和吸附量的影响。实验结果表明:加入乙酸乙酯造孔剂后制备的多孔材料孔隙率明显增加,氧化石墨的加入明显增强了多孔材料在水中的力学性能。壳聚糖有序多孔材料对二甲酚橙和Cu(Ⅱ)都具有良好的吸附性能。其中,温度、pH值是影响对二甲酚橙吸附的主要因素。整体而言,与壳聚糖多孔材料相比,CS/GO复合多孔材料具有较高的稳固性,在水溶液中能够保持原来的形状,有一定的韧性,使用寿命会较长。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 染料污染
• 1.1.1 染料废水处理现状
• 1.1.2 吸附法在染料废水脱色处理中的研究和应用
• 1.1.2.1 活性碳吸附剂
• 1.1.2.2 活性碳纤维吸附剂
• 1.1.2.3 矿物吸附剂
• 1.1.2.4 煤及煤渣吸附剂
• 1.1.2.5 其他吸附剂
• 1.2 重金属污染
• 1.2.1 重金属废水处理技术的研究现状
• 1.2.2 化学法
• 1.2.2.1 化学沉淀法
• 1.2.2.2 氧化还原法
• 1.2.2.3 化学絮凝法
• 1.2.3 物理化学法
• 1.2.4 生物法
• 1.2.4.1 生物絮凝法
• 1.2.4.2 生物吸附法
• 1.2.4.3 生物化学法
• 1.2.5 吸附法
• 1.3 吸附法的应用前景
• 1.4 多孔材料
• 1.4.1 多孔材料的制备
• 1.4.1.1 造孔剂法
• 1.4.1.2 非造孔剂法
• 1.5 本课题选用的材料
• 1.5.1 壳聚糖
• 1.5.1.1 壳聚糖及其衍生物在废水处理方面的应用
• 1.5.2 氧化石墨
• 1.5.2.1 石墨简介
• 1.5.2.2 氧化石墨
• 1.5.2.3 聚合物/氧化石墨复合材料
• 1.5.2.4 聚合物/氧化石墨纳米复合材料的应用前景
• 1.5.2.5 壳聚糖/氧化石墨复合材料
• 1.6 本课题的研究内容、目的和意义
• 第二章 壳聚糖多孔材料的制备及吸附性能研究
• 2.1 原料，药品，仪器及设备
• 2.1.1 试剂与原料
• 2.1.2 仪器及设备
• 2.2 多孔有序材料的制备
• 2.2.1 溶液的配制
• 2.2.1.1 壳聚糖（CS）溶液的配制
• 2.2.1.2 壳聚糖/乙酸乙酯（CS/EA）溶液的配制
• 2.2.2 有序多孔材料的制备
• 2.2.2.1 定向冷冻装置
• 2.2.2.2 多孔材料的制备
• 2.3 多孔材料的结构表征
• 2.4 多孔材料的性能测试
• 2.4.1 孔隙率分析
• 2.4.2 机械强度分析
• 2.4.3 吸水性分析
• 2.5 多孔有序材料对染料吸附性
• 2.5.1 二甲酚橙（xylenol orange）吸附实验的测定
• 2.5.1.1 二甲酚橙最大吸收波长的测定
• 2.5.1.2 二甲酚橙标准曲线的绘制
• 2.5.1.3 甲基橙标准曲线的绘制
• 2.5.2 有序多孔材料对染料吸附率/量的计算
• 2.5.2.1 饱和吸附量的测定
• 2.5.2.2 吸附率的测定
• 2.5.2.3 壳聚糖多孔材料的用量对吸附的影响
• 2.5.2.4 不同交联剂含量对吸附的影响
• 2.5.2.5 溶液初始浓度对吸附容量的影响
• 2.5.2.6 溶液pH 值对吸附的影响
• 2.5.2.7 温度对吸附的影响
• 2.5.2.8 吸附动力学问题
• 2.6 多孔有序材料对金属离子吸附性
• 2+的吸附实验的测定'>2.6.1 Cu²⁺的吸附实验的测定
• 2.6.1.1 铜标准储备液的配制
• 2.6.1.2 铜的测定
• 2.6.1.3 标准曲线的绘制
• 2.6.2 有序多孔材料对金属离子吸附率/量的计算
• 2.6.2.1 饱和吸附量的测定
• 2.6.2.2 吸附速率的测定
• 2.7 结果与讨论
• 2.7.1 壳聚糖多孔有序材料
• 2.7.2 壳聚糖多孔材料的结构分析
• 2.7.2.1 不同乙酸乙酯加入量的壳聚糖多孔材料的扫描电镜分析
• 2.7.2.2 不同乙酸乙酯加入量的壳聚糖多孔材料孔隙率分析
• 2.7.2.3 不同交联剂含量的壳聚糖多孔材料的扫描电镜分析
• 2.7.2.4 不同交联度的壳聚糖多孔材料的孔隙率分析
• 2.7.3 壳聚糖多孔材料的吸水性分析
• 2.7.4 不同乙酸乙酯加入量的壳聚糖多孔材料抗压强度分析
• 2.7.5 壳聚糖多孔有序材料的吸附性能分析
• 2.7.5.1 壳聚糖多孔材料对二甲酚橙吸附性能分析
• 2.7.5.2 壳聚糖多孔材料吸附二甲酚橙的光学照片
• 2.7.5.3 壳聚糖用量对二甲酚橙吸附速率的影响
• 2.7.5.4 不同交联度对吸附速率的影响
• 2.7.5.5 溶液初始浓度对吸附的影响
• 2.7.5.6 溶液pH 值对吸附率的影响
• 2.7.5.7 温度对吸附的影响
• 2.7.5.8 吸附动力学曲线
• 2.7.6 不同乙酸乙酯加入量的多孔材料的吸附性能分析
• 2.7.6.1 不同配比的多孔材料对二甲酚橙吸附速率
• 2.7.6.2 不同配比的多孔材料对铜离子的吸附性能
• 第三章 壳聚糖氧化石墨多孔复合材料的制备及性能分析
• 3.1 壳聚糖氧化石墨（CS/GO）复合材料
• 3.2 壳聚糖氧化石墨（CS/GO）复合材料的制备
• 3.2.1 溶液的配制
• 3.2.1.1 壳聚糖/氧化石墨（CS/GO）溶液的配制
• 3.2.1.2 壳聚糖/氧化石墨/乙酸乙酯（CS/GO/EA）溶液的配制
• 3.2.2 复合材料的制备
• 3.3 CS/GO 复合材料的结构性能测试
• 3.3.1 扫描电镜（SEM）
• 3.3.2 红外光谱（IR）
• 3.4 CS/GO 复合材料的物理性能测试
• 3.4.1 复合材料在水中形态分析
• 3.4.2 吸水膨胀率
• 3.4.3 复合材料形态恢复能力
• 3.4.4 机械强度
• 3.5 CS/GO 复合材料的吸附性能测试
• 3.6 结果与讨论
• 3.6.1 壳聚糖氧化石墨复合材料的结构性能分析
• 3.6.1.1 扫描电镜分析
• 3.6.1.2 红外光谱分析
• 3.6.2 壳聚糖氧化石墨（CS/GO）复合材料的物理性能分析
• 3.6.2.1 在水中形态变化
• 3.6.2.2 吸水膨胀率分析
• 3.6.2.3 复合材料形态恢复能力分析
• 3.6.2.4 机械性能分析
• 3.6.3 复合材料的吸附性能分析
• 第四章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢