木质素磺酸钠制备吸附材料及其吸附性能研究

论文摘要

随着工业的迅速发展,废水的种类和数量迅猛增加,水体的污染也日趋广泛和严重,威胁人类的健康和安全。木质素磺酸盐作为一种亚硫酸盐制浆过程中的副产物,如不加以合理利用,将会对环境和人类造成巨大的威胁,因此利用木质素磺酸钠为主体原料,在环境友好的化学介质中合成新型、环保的木质素基吸附材料,用于工业废水的处理,具有现实意义。本文研究了木质素磺酸钠与甲醛的反相悬浮聚合工艺,以及木质素基吸附材料的制备及吸附性能,并进行了结构表征。研究了木质素磺酸钠与甲醛的反相悬浮缩聚反应,以液体石蜡为分散相,添加了少量的非离子型表面活性剂为分散剂,合成了粒径可控的木质素基吸附材料。进一步优化聚合反应条件,详细研究了木钠浓度、相比、分散剂种类和用量、聚合温度、聚合时间、体系酸度和甲醛用量等多种因素对聚合反应和吸附性能的影响。实验考察液体石蜡回收率,对亚甲基蓝溶液、铅离子溶液、镉离子溶液的吸附量等因素,加上成本及能耗因素,得到较适宜的聚合条件为：木质素磺酸钠溶液浓度为50%、以3：1为最佳相比值、分散剂占有机相百分比为2%、温度为90℃、反应体系酸度3mol/L、甲醛含量为木质素磺酸钠质量的9%、聚合时间为1.5h。以阳离子染料亚甲基蓝、Pb2+、Cd2+为对象研究木质素基吸附材料的吸附性能。结果表明,木质素基吸附材料对亚甲基蓝的处理效果不及重金属离子。木质素基吸附材料对溶液中Pb2+和Cd2+的吸附速度快,室温下1h基本达到吸附平衡；温度升高,达到平衡吸附的时间越短；增加Pb2+、Cd2+溶液的初始浓度,木质素吸附材料的平衡吸附量会增大；木质素吸附材料的饱和吸附量分别为33.65mg（Pb2+）/g和30.12mg（Cd2+）/g,Pb2+、Cd2+的吸附等温线符合Langmuir吸附方程,木质素基吸附材料对铅的吸附饱和度和吸附能力大于对镉的吸附。木质素基吸附材料的外观呈棕色不透明圆球状。利用多种现代分析测试手段对木质素基吸附材料的结构进行了表征。扫描电镜SEM、傅立叶变换红外光谱和比表面积等的测试结果表明木质素基吸附材料的外表呈凹凸不平状,具有疏松多孔的结构特征,含有较多的活性基团包括羟基、磺酸基、甲氧基和少量的羰基,有利于金属离子吸附,吸附平均孔径为99.22nm,具有大孔树脂的结构特点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 工业废水污染现状及处理方法进展
• 1.1.1 工业废水污染现状
• 1.1.2 几种常见废水的处理方法
• 1.2 木质素的结构性能及应用
• 1.2.1 木质素的基本结构
• 1.2.2 木质素的反应性质
• 1.2.3 木质素磺酸盐的组成及性质
• 1.2.4 木质素的应用现状
• 1.3 木质素基吸附分离材料研究进展
• 1.3.1 木质素基吸附分离材料的吸附机理及应用
• 1.3.2 木质素基离子交换树脂的研究进展
• 1.3.3 木质素基炭质吸附剂
• 1.3.4 木质素基金属吸附剂
• 1.3.5 其他类木质素基吸附剂
• 1.4 本论文研究意义及内容
• 1.4.1 本论文研究的意义和目的
• 1.4.2 本论文研究的主要内容
• 2 实验部分
• 2.1 主要原料与试剂
• 2.2 主要仪器
• 2.3 实验方法
• 2.3.1 产物预处理
• 2.3.2 木质素磺酸钠与甲醛的悬浮缩聚反应实验
• 2.3.3 静态吸附实验
• 2.3.4 吸附条件的优选实验
• 2.3.5 木质素基吸附材料吸附性能实验
• 2.3.6 等温吸附实验
• 2.3.7 吸附动力学实验
• 2.4 结构表征
• 2.4.1 傅立叶红外光谱测定
• 2.4.2 扫描电镜测定
• 2.4.3 比表面积与孔径测定
• 3 木质素磺酸钠与甲醛的反相悬浮缩聚反应研究
• 3.1 反应机理
• 3.1.1 木质素磺酸钠与甲醛的缩聚反应机理
• 3.1.2 反相悬浮聚合反应机理
• 3.2 制备木质素基吸附材料的单因素影响实验
• 3.2.1 木质素磺酸钠溶液浓度的影响
• 3.2.2 分散相及其用量的选择
• 3.2.3 分散剂及其用量的选择
• 3.2.4 聚合温度的影响
• 3.2.5 催化剂和体系酸度对聚合反应的影响
• 3.2.6 交联剂用量对聚合反应的影响
• 3.2.7 聚合时间对聚合反应的影响
• 4 木质素基吸附材料的吸附性能及结构表征
• 4.1 木质素基吸附材料对阳离子染料亚甲基蓝的吸附性能研究
• 4.1.1 引言
• 4.1.2 吸附时间对吸附效果的影响
• 4.1.3 温度对吸附效果的影响
• 4.1.4 初始浓度对吸附效果的影响
• 4.2 木质素基吸附材料对重金属离子铅和镉的吸附性能研究
• 4.2.1 引言
• 4.2.2 吸附时间对吸附效果的影响
• 4.2.3 温度对吸附效果的影响
• 4.2.4 初始浓度对吸附效果的影响
• 4.2.5 木质素基吸附材料吸附铅和镉的热力学特征
• 4.3 木质素基吸附材料的结构表征
• 4.3.1 外观
• 4.3.2 扫描电镜分析
• 4.3.3 傅立叶变换红外光谱分析
• 4.3.4 比表面积与孔径分析
• 结论与建议
• 1 结论
• 2 论文创新点
• 3 建议
• 参考文献
• 附录 （攻读学位期间的主要学术成果）
• 致谢