磁性壳聚糖改性研究及其在水处理中的应用

论文摘要

磁性壳聚糖具有良好的吸附性能,适于大规模吸附,且易于改性和再用。本课题考察了磁性壳聚糖及胺化羧甲基磁性壳聚糖对不同重金属离子的吸附分离性能。从磁性再生、吸附实验条件、热力学和动力学数据拟合、多元离子分离等多个方面,研究了磁性壳聚糖及其改性产品对重金属离子的吸附特性。利用化学共沉淀法制备了Fe3O4。考察了Fe3+与Fe2+摩尔比、溶液碱度和表面活性剂用量对Fe3O4成核过程的影响。制备的Fe3O4具有超顺磁性,容易单分散。利用戊二醛交联Fe3O4与壳聚糖制备了磁性壳聚糖微球。通过单因素和正交实验优化,制备的磁性壳聚糖粒径在220μm左右、表面均布10nm～22nm孔隙。通过优化溶液温度、pH、离子浓度等吸附条件,磁性壳聚糖对100mg/L铜离子的吸附容量能够达到68.9mg/g。利用快速简单的微波加热方法,先用氯乙酸羧甲基化磁性壳聚糖,再用二乙烯三胺胺化羧甲基产品,合成了胺化羧甲基磁性壳聚糖。产品的粒径和孔径与磁性壳聚糖大小相当,磁性能稳定。胺化后产品的C2-NH2含量大幅增加,化学吸附能力提高,其对100mg/L的Pt4+、Cr6+和Cu2+的吸附容量均超过110mg/g。解吸再生6次,吸附容量仍保持在80%以上。磁性壳聚糖、胺化羧甲基磁性壳聚糖对金属离子的吸附研究表明:在60mg/L～1600mg/L离子浓度条件下,吸附6小时达到平衡。使用四个热力学和三个动力学模型拟合分析实验数据。其中,Freundlich和Generalized热力学模型、Pseudo二级动力学模型相关性最高。吸附过程为:短时间内为极不稳定的单层吸附;之后发生多层吸附和柱填充;继续延长吸附时间,吸附剂官能团与金属离子的化学结合力逐渐稳固,吸附容量稳步增加,最终达到吸附平衡。灵活调节pH,磁性壳聚糖再用7次,可将430mg/L的铜铅二元离子选择性分离;胺化羧甲基磁性壳聚糖可将200mg/L的铜锌铬三元离子溶液选择性分离。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 重金属离子污染现状及处理方法进展
• 1.1.1 重金属离子来源与危害
• 1.1.2 重金属废水处理方法
• 1.2 壳聚糖改性研究进展
• 1.2.1 壳聚糖简介
• 1.2.2 壳聚糖改性研究进展
• 1.3 磁性壳聚糖制备及改性研究进展
• 1.3.1 改进磁性壳聚糖物理吸附能力
• 1.3.2 改进磁性壳聚糖化学吸附能力
• 1.4 吸附机理
• 1.5 微波加热技术应用进展
• 1.5.1 微波加热原理
• 1.5.2 微波加热与传统加热对比
• 1.6 研究的目的与内容
• 1.6.1 研究的目的
• 1.6.2 研究的内容
• 1.7 论文创新之处
• 第2章 磁性壳聚糖微球的吸附性能
• 2.1 引言
• 2.2 四氧化三铁的成核过程
• 2.3 实验试剂和仪器
• 2.3.1 实验试剂
• 2.3.2 实验仪器
• 2.4 实验方法
• 30₄ 制备方法'>2.4.1 Fe₃0₄制备方法
• 2.4.2 磁性壳聚糖微球制备方法
• 2.4.3 样品性能表征
• 2.4.4 静态吸附
• 2.4.5 磁性能测定
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 SEM 和BET 表征分析
• 2.5.2 FT-IR 表征分析
• 30₄ 制备影响因素'>2.5.3 Fe₃0₄制备影响因素
• 2.5.4 磁性壳聚糖制备影响因素
• 2.5.5 静态吸附实验
• 2.5.6 磁性能测定
• 2.6 小结
• 第3章 胺化羧甲基磁性壳聚糖的吸附性能
• 3.1 引言
• 3.2 实验试剂和仪器
• 3.2.1 实验试剂
• 3.2.2 实验仪器
• 3.3 实验方法
• 3.3.1 胺化羧甲基磁性壳聚糖制备方法
• 3.3.2 样品性能表征
• 3.3.3 吸附实验
• 3.3.4 磁性能、产率和磁回收率
• 3.4 结果与讨论
• 3.4.1 SEM 和BET 表征分析
• 3.4.2 FT-IR 表征分析
• 3.4.3 微波加热法制备的影响因素
• 3.4.4 胺化前后的磁性壳聚糖吸附性能
• 3.4.5 磁性能、产率与磁回收率测定
• 3.4.6 对铜离子的吸附性能对比
• 3.4.7 微波法与水浴法制备吸附剂的吸附性能对比
• 3.5 小结
• 第4章 吸附平衡热力学与动力学模型拟合分析
• 4.1 引言
• 4.2 吸附热力学模型
• 4.2.1 Langmuir 模型
• 4.2.2 Freundlich 模型
• 4.2.3 Generalized 模型
• 4.2.4 Dubinin-Radushkevich 模型
• 4.3 吸附动力学模型
• 4.3.1 Pseudo 一级动力学方程
• 4.3.2 Pseudo 二级动力学方程
• 4.3.3 Elovich 动力学方程
• 4.4 吸附剂
• 4.5 SEM 和BET 表征
• 4.6 吸附实验
• 4.7 结果与讨论
• 4.7.1 SEM 表征与化学结构分析
• 4.7.2 吸附热力学四模型拟合分析
• 4.7.3 吸附动力学三模型拟合分析
• 4.8 小结
• 第5章 二元和三元离子溶液的选择性吸附分离
• 5.1 引言
• 5.2 实验方法
• 5.2.1 吸附实验
• 5.2.2 解吸再生实验
• 5.2.3 二元离子选择性吸附实验
• 5.2.4 三元离子选择性吸附实验
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 FT-IR 分析
• 5.3.2 pH 对吸附性能的影响
• 5.3.3 解吸再生性能
• 5.3.4 二元离子选择性吸附分离
• 5.3.5 三元离子选择性吸附分离
• 5.4 小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果
• 致谢