廉价天然高分子吸附剂的制备与应用

论文摘要

随着工业不断发展与人类活动的加剧，水污染问题日益突出，严重影响着人类的生产与生活环境。另一方面，天然高分子因具有种类多样、分布广泛，及环境友好等优点而受到关注。本文立足于水处理剂与高分子前沿，为了在有效水处理的同时，大幅度降低水处理剂的成本，使用廉价天然高分子作为水处理剂，即：分别选用资源丰富而且廉价的豆渣为天然有机高分子，以资源十分丰富的黄土为天然无机高分子原料，采用简单方法提取或改性，制备具有高效吸附性能的高分子材料。并将其用在重金属离子和染料废水处理中，以期低成本获得吸附性能高，无二次污染且可再生的廉价高分子吸附剂。论文的主要内容包括如下几部分：首先，介绍了水体污染物的主要来源与水处理方法，综述了天然高分子材料、农林废弃物材料在废水处理中的应用进展，并提出廉价天然高分子为原料制备高分子吸附剂。第二，以新鲜豆渣为原料，用无毒可食性洗脱剂处理，提取了豆渣高分子吸附剂（SHR），采用红外光谱（FT-IR）、热重分析（TG）、X光电子能谱（XPS）、元素分析、X射线（XRD）和扫描电镜（SEM）对SHR的分子结构、热稳定性、微观形态及颗粒表面形态进行了表征和分析。结果表明：豆渣高分子主要由纤维素、木质素和少量糖蛋白组成，豆渣是一种无毒、生物相容、可食的天然高分子。第三，研究了豆渣高分子吸附剂对有害金属离子(Pb2+)、染料（亚甲基蓝、孔雀石绿）的吸附性能。考察了吸附剂用量、吸附液初始浓度、pH值、吸附时间和温度对吸附性能的影响，并对其吸附等温模型和动力学进行了探讨。结果表明：SHR对Pb2+的去除率可达99.1%，吸附符合Langmuir等温模型和准二级动力学吸附模型，且吸附过程是自发进行的。SHR对亚甲基蓝吸附的使用温度与pH值范围较广。SHR对MB的去除率高达97.0%，吸附等温线符合Langmuir等温模型，吸附动力学符合准二级动力学模型。SHR对MG去除率可达98.0%。SHR对MG的吸附pH和温度使用的温度范围较宽。吸附符合准二级动力学模型和Langmuir等温式。第四，以天然无机高分子黄土为原料，用有机小分子二硫化碳对其进行改性，制备黄原酸化黄土（XLC）。运用FTIR、元素分析、TG/DTA、XRD、SEM等表征方法对其结构进行了表征。第五，研究了黄原酸化黄土对废水中有害金属离子(Cu2+)、染料（孔雀石绿）的脱除性能。考察了吸附主要影响因素，结果表明：黄原酸化黄土对Cu2+的去除率可达99.4%，吸附容量可达307.1mg/g。XLC对Cu2+的吸附符合Langmuir等温模型和准二级动力学吸附模型。黄原酸化黄土对孔雀石绿的去除率可达99.4%，吸附容量为968.8mg/g。XLC对MG的吸附温度和pH适用范围较广，吸附符合Freundlich等温模型和准二级动力学模型。总之，本文分别以豆渣、黄土为廉价天然高分子原料，经过简单处理或改性后用于有害物质的脱除。其中，豆渣高分子是一种无毒、生物相容、可食的天然高分子。因此，所提取豆渣高分子吸附剂是一类可食性高分子吸附剂，可用于重金属离子的急性解毒剂。黄土在我国分布很广，是一种来源十分丰富的无机高分子，改性黄土吸附剂对重金属离子和染料都具有很强的吸附性能，具有明显的应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 天然高分子水处理剂研究进展
• 1.1 水污染与治理
• 1.1.1 水体主要污染源
• 1.1.2 水处理主要方法
• 1.1.3 高分子吸附剂在水处理中的应用
• 1.2 天然无机高分子吸附剂
• 1.3 天然有机高分子吸附剂
• 1.4 农林废弃物高分子在水处理中的应用
• 1.4.1 农林废弃物的主要特点
• 1.4.2 农林废弃物在废水处理中的应用
• 1.5 课题设计与选题意义
• 第2章 豆渣高分子吸附剂的提取与表征
• 2.1 前言
• 2.1.1 豆渣的主要成分与营养价值
• 2.1.2 豆渣的应用
• 2.1.3 豆渣在水处理中的应用
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 豆渣高分子吸附剂的提取
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 豆渣高分子吸附剂的提取
• 2.3.2 红外光谱（FT-IR）分析
• 2.3.3 X 光电子能谱与元素分析
• 2.3.4 XRD 分析
• 2.3.5 热重分析
• 2.3.6 扫描电子显微镜（SEM）分析
• 2.4 S HR 结构分析
• 2.5 小结
• 第3章 豆渣高分子的吸附性能研究
• 3.1 豆渣高分子吸附剂对铅离子吸附性能研究
• 3.1.1 前言
• 3.1.2 实验部分
• 3.1.3 结果与讨论
• 3.1.3.1 吸附条件考察
• 3.1.3.2 等温吸附模型
• 3.1.3.3 吸附动力学
• 3.1.3.4 吸附热力学
• 3.1.4 小结
• 3.2 豆渣高分子吸附剂对亚甲基蓝的吸附性能研究
• 3.2.1 前言
• 3.2.2 实验部分
• 3.2.3 结果与讨论
• 3.2.3.1 吸附条件考察
• 3.2.3.2 等温吸附模型
• 3.2.3.3 吸附动力学
• 3.2.4 小结
• 3.3 豆渣高分子吸附剂对孔雀石绿的吸附性能研究
• 3.3.1 前言
• 3.3.2 实验部分
• 3.3.3 结果与讨论
• 3.3.3.1 吸附条件考察
• 3.3.3.2 等温吸附模型
• 3.3.3.3 吸附动力学
• 3.3.4 小结
• 第4章 黄原酸化黄土的制备与表征
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂与仪器
• 4.2.2 黄原酸化黄土的制备
• 4.2.3 黄原酸化黄土的表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 黄原酸化黄土制备
• 4.3.2 黄原酸化黄土的表征
• 4.3.2.1 元素分析
• 4.3.2.2 FT-IR 分析
• 4.3.2.3 热重分析（TG/DTA）
• 4.3.2.4 X 射线衍射 （XRD）
• 4.3.2.5 扫描电子显微镜（SEM）分析
• 4.4 小结
• 第5章 黄原酸化黄土吸附性能的研究
• 2+ 的吸附性能研究'>5.1 黄原酸化黄土对 Cu²⁺的吸附性能研究
• 5.1.1 前言
• 5.1.2 实验部分
• 5.1.3 结果与讨论
• 5.1.3.1 吸附条件考察
• 5.1.3.2 等温吸附模型
• 5.1.3.3 吸附动力学
• 5.1.3.4 吸附热力学
• 2+ 的解吸'>5.1.3.5 Cu²⁺的解吸
• 5.1.3.6 吸附机理
• 5.1.4 小结
• 5.2 黄原酸化黄土对孔雀石绿的吸附性能研究
• 5.2.1 前言
• 5.2.2 实验部分
• 5.2.3 结果与讨论
• 5.2.3.1 吸附条件考察
• 5.2.3.2 等温吸附模型
• 5.2.3.3 吸附动力学
• 5.2.3.4 吸附机理
• 5.2.4 小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 攻硕期间发表的科研成果
• 致谢