壳聚糖/无机有序多孔材料的制备及对Cu2+、Pb2+的吸附性能研究

论文摘要

随着工业进程发展,重金属离子废水的污染环境问题,已越来越受到国内外的普遍关注。近年来,吸附分离技术有了很大的发展,展现出广阔的应用前景。使用吸附法的关键是开发一种高效、廉价、无毒害的吸附材料,因此,具有高比表面积、高性能的多孔材料和多孔复合材料成为废水处理的必然趋势。本文是以具有絮凝作用的天然高分子壳聚糖为基材,将之与沸石（Zel）、纳米氧化石墨（GO）复合,并采用冰模板-定向冷冻干燥技术制备了壳聚糖（CS）、壳聚糖（CS）/沸石（Zel）、壳聚糖（CS）/纳米氧化石墨（GO）等有序多孔材料。采用IR、SEM对有序多孔材料的结构性能和形貌进行了表征,探索了交联度和材料组分等因素对其结构的影响。同时测定了有序多孔材料的孔隙率及吸水量,比较了壳聚糖、壳聚糖/沸石、壳聚糖/纳米氧化石墨三种有序多孔材料在结构和性能上的差异。在室温下,重点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）、Pb（Ⅱ）的吸附性能,并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、EDTA的用量等影响因素对金属离子吸附率和吸附量的影响。在此基础上,我们还对有序多孔材料在酸溶液中的解吸过程、再生循环使用进行了研究。实验结果表明:采用冰模板-定向冷冻干燥技术可以获得有序的壳聚糖、壳聚糖/沸石、壳聚糖/纳米氧化石墨多孔材料,且材料的孔隙率随无机颗粒材料含量的增加而降低。壳聚糖有序多孔材料对Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）都具有良好的吸附性能,且对Cu（Ⅱ）的吸附性能要好于Pb（Ⅱ）。其中,pH值、EDTA是影响吸附的主要因素,络合反应是主要的吸附形式。整体而言,有序复合多孔材料CS/Zel对Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）的吸附性能要低于CS有序多孔材料,但CS/Zel具有较高的稳定性,在再生循环使用时材料损失率低。而有序复合多孔材料CS/GO对Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）的吸附性能要好于CS/Zel、CS,尤其对Pb（Ⅱ）的吸附量影响较大。并且CS/GO具有较高的韧性,具有再次吸附率高、材料损失低,使用寿命长等较为突出的优点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 重金属废水治理技术
• 1.1.1 化学沉淀
• 1.1.1.1 中和沉淀法
• 1.1.1.2 硫化物沉淀法
• 1.1.2 氧化还原法
• 1.1.2.1 化学还原法
• 1.1.2.2 电解还原法
• 1.1.3 生物法
• 1.1.3.1 生物絮凝法
• 1.1.3.2 生物吸附法
• 1.1.3.3 生物化学法
• 1.1.4 离子交换法
• 1.1.5 吸附法
• 1.2 吸附材料
• 1.2.1 吸附作用
• 1.2.2 吸附材料的分类
• 1.2.2.1 无机吸附材料
• 1.2.2.2 有机高分子吸附
• 1.2.2.3 碳质吸附剂
• 1.2.3 吸附材料的应用及发展前景
• 1.3 有序多孔材料
• 1.3.1 有序多孔材料的类型
• 1.3.2 有序多孔材料的制备
• 1.3.2.1 发泡法
• 1.3.2.2 模板法
• 1.3.2.3 冰模板-冷冻干燥法
• 1.4 复合多孔吸附材料
• 1.4.1 沸石的结构与性能
• 1.4.2 壳聚糖结构与性能
• 1.4.3 纳米氧化石墨
• 1.4.3.1 氧化石墨的结构与性能
• 1.4.3.2 聚合物/氧化石墨纳米复合材料的制备方法
• 1.4.3.3 聚合物/氧化石墨纳米复合材料的应用前景
• 1.4.4 复合多孔吸附材料的应用及展望
• 1.5 本课题研究目的
• 第二章 实验部分
• 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 复合有序多孔材料的制备
• 2.2.1 壳聚糖（CS）有序多孔材料的制备
• 2.2.1.1 不同交联度壳聚糖溶液的配制
• 2.2.1.2 有序多孔材料的制备与纯化
• 2.2.2 壳聚糖（CS）/沸石（Zel）有序多孔材料的制备
• 2.2.3 壳聚糖（CS）/氧化石墨（GO）有序多孔材料的制备
• 2.2.3.1 纳米氧化石墨溶液的制备
• 2.2.3.2 不同比例的CS/GO溶液的配制
• 2.3 复合有序多孔材料的结构性能测试
• 2.3.1 扫描电镜分析（SEM）
• 2.3.2 红外光谱分析（FTIR）
• 2.3.3 孔隙率的测定
• 2.3.4 吸水率（WA）的测试
• 2.3.5 壳聚糖密度的测定
• 2.4 有序多孔材料对金属离子吸附性
• 2.4.1 有序多孔材料对金属离子吸附率/量的计算
• 2+的吸附实验的测定'>2.4.2 Cu²⁺的吸附实验的测定
• 2.4.2.1 铜标准储备液的配置
• 2.4.2.2 铜的测定
• 2.4.2.3 标准曲线的绘制
• 2+的吸附实验的测定'>2.4.3 Pb²⁺的吸附实验的测定
• 2.4.3.1 铅的测定
• 2.4.3.2 标准曲线的绘制
• 2.4.4 壳聚糖有序多孔材料对离子吸附性的测定
• 2.4.4.1 壳聚糖有序多孔材料用量对离子去除率的影响
• 2.4.4.2 不同的交联度对吸附的影响
• 2.4.4.3 溶液的pH值对吸附的影响
• 2.4.4.4 吸附动力学问题
• 2.4.4.5 溶液的初始浓度对吸附容量的影响
• 2.4.4.6 EDTA对离子吸附的影响
• 2.4.4.7 对混合离子的去除
• 2.4.5 复合有序多孔材料对金属离子的吸附
• 2.4.5.1 饱和吸附量的测定
• 2.4.5.2 吸附率的测定
• 2.5 有序多孔材料的解析与再生利用
• 2.5.1 多孔材料的解吸过程
• 2.5.2 多孔材料的再生与循环使用
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 有序多孔材料
• 3.3.1 引言
• 3.3.2 有序多孔材料结构与性能研究
• 3.1.2.1 扫描电镜分析（SEM）
• 3.1.2.2 红外光谱分析（FTIR）
• 3.1.2.3 孔隙率的测定
• 3.1.2.4 吸水性分析
• 3.2 有序多孔材料的离子吸附性
• 3.2.1 引言
• 3.2.2 壳聚糖有序多孔材料吸附铜离子的光学照片
• 3.2.3 壳聚糖有序多孔材料对金属离子的吸附性测定
• 3.2.3.1 壳聚糖有序多孔材料用量对离子吸附率的影响
• 3.2.3.2 交联度对离子吸附的影响
• 3.2.3.3 溶液的pH值对吸附的影响
• 3.2.3.4 铜、铅离子的吸附动力学曲线
• 3.2.3.5 溶液的初始浓度对吸附容量/率的影响
• 3.2.3.6 EDTA对离子吸附的影响
• 3.2.3.7 对混合离子的去除
• 3.2.4 有序复合多孔材料对金属离子的吸附分析
• 3.2.4.1 饱和吸附量的测定
• 3.2.4.2 离子吸附率的测定
• 3.3 有序多孔材料的解吸与再生利用分析
• 3.3.1 铜离子解吸过程的光学照片
• 3.3.2 多孔材料的解吸过程分析
• 3.3.3 多孔材料的循环使用性能
• 第四章 结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢