交联氨基淀粉的制备及其对Ni（Ⅱ）、Cr（Ⅵ）和染料（K-2BP）的吸附

论文摘要

本文以玉米淀粉为原料,通过交联、氧化、胺化三步改性,制备了交联氨基淀粉——TTACS,并优化了氧化淀粉与氨基淀粉的制备条件。研究了溶液的pH值,吸附剂的用量,溶液中Ni（Ⅱ）、Cr（Ⅵ）离子的初始浓度,振荡时间等因素对TTACS吸附Ni（Ⅱ）、Cr（Ⅵ）的影响；初步探索了其等温吸附、吸附动力学、再生吸附和吸附机理。此外,还研究了其对染料（K-2BP）的吸附。1、以H2O2为氧化剂,用有催化和无催化两种方法制备氧化淀粉,采用羰胺法测定羰基含量,淀粉热糊滴定法测定羧基含量。有催化氧化反应的最佳条件为：反应时间为3h、温度为45℃、pH为5、H2O2的用量为2mL、催化剂用量为0.02%,此条件下制得的氧化淀粉的羰基含量为1.42%；无催化氧化反应的最佳条件为：淀粉含水量15%、pH为6、H2O2的用量为2mL、温度为35℃、反应时间为3h,此条件下制得氧化淀粉的羰基含量为2.75%。2、通过对比有催化氧化淀粉和无催化氧化淀粉制备的氨基淀粉的氮含量高低,以含氮量高的有催化氧化淀粉为原料,探讨制备氨基淀粉的条件。当乙二胺与OCS摩尔比为2：1、温度为45℃、乙二胺浓度为1.0mol/L、pH为7、反应时间为3h,用乙醇作溶剂,分别以乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺为胺化剂制备得到的氨基淀粉（EDACS、TDACS、TTACS）的氮含量分别为1.37%、1.69%和2.36%。3、探讨了溶液的pH值、TTACS用量、离子初始浓度、振荡时间等因素对TTACS的吸附性能的影响。此外还比较了不同的改性淀粉对Ni（Ⅱ）、Cr（Ⅵ）的吸附,结果显示对Cr（Ⅵ）吸附能力顺序为TMACS>AS>TTACS>DTACS>EDACS>OCS。对Ni（Ⅱ）吸附能力顺序TMACS>TTACS>EDACS>DTACS>OCS。4、从交联氨基淀粉（TTACS）对Ni（Ⅱ）和Cr（Ⅵ）的吸附动力学可知,TTACS对Ni（Ⅱ）、Cr（Ⅵ）的吸附均符合二级动力学吸附模型。通过交联氨基淀粉（TTACS）对Ni（Ⅱ）、Cr（Ⅵ）的等温吸附可知,交联氨基淀粉（TTACS）对Ni（Ⅱ）、Cr（Ⅵ）的吸附更符合Langmuir等温吸附模型。在进行热力学计算后,可以初步判断TTACS对Ni（Ⅱ）的吸附过程是一个自发的、吸热的、熵增加的过程,而对Cr（Ⅵ）的吸附过程是一个自发的、放热的、熵减小的过程。吸附剂的再生吸附研究可以看出,对Ni（Ⅱ）的再生吸附较好,而对Cr（Ⅵ）的再生吸附较差。5、根据分析吸附前后的IR和XRD图谱、等温吸附、吸附动力学以及再生吸附,可以初步推测为TTACS对Ni（Ⅱ）、Cr（Ⅵ）的吸附机理都是为以物理吸附为主,伴随着化学吸附。6、交联氨基淀粉（TTACS）对染料（K-2BP）有一定的吸附效果,其吸附作用基于静电作用和螯合作用,pH为9时吸附容量最大。且在低浓度金属离子共存下,TTACS对染料（K-2BP）的吸附容量有所降低,这是由于金属离子的协同效应。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 缩略词表
• 第一章 绪论
• 1. 我国水资源及重金属废水概况
• 2. 重金属镍、铬离子的来源及危害
• 2.1 镍的来源及危害
• 2.2 铬的来源及危害
• 3. 重金属废水的处理方法
• 3.1 化学法
• 3.1.1 中和沉淀法
• 3.1.2 硫化物沉淀法
• 3.1.3 铁氧体共沉淀法
• 3.1.4 氧化还原法
• 3.1.5 吸附法
• 3.2 物理法
• 3.2.1 溶剂萃取法
• 3.2.2 离子交换法
• 3.2.3 胶束增强超滤法
• 3.3 生物法
• 4. 重金属吸附剂的研究概况与进展
• 4.1 活性炭
• 4.2 合成有机高分子吸附剂
• 4.2.1 聚乙烯硅胶-聚乙烯胺复合材料
• 4.2.2 氨基甲酸盐类
• 4.3 天然高分子重金属吸附剂
• 4.3.1 纤维素基吸附剂
• 4.3.2 壳聚糖基吸附剂
• 4.3.3 木质素类吸附剂
• 4.3.4 改性魔芋吸附剂
• 4.3.5 淀粉基重金属吸附剂
• 4.4 其它重金属吸附剂
• 4.4.1 矿物类
• 4.4.2 微生物类
• 4.4.3 农林废弃物类
• 5. 课题的研究意义和主要思路
• 5.1 课题的研究意义
• 5.2 课题研究的主要思路
• 第二章 交联氨基淀粉的合成
• 1. 试剂与仪器
• 1.1 主要试剂
• 1.2 主要仪器
• 2. 实验分析方法
• 2.1 交联淀粉含水率的测定
• 2.2 交联淀粉沉降积的测定
• 2.3 羰基含量的测定（羰胺法）
• 2.4 羧基含量的测定（淀粉热糊滴定法）
• 2.5 氮含量测定（凯式定氮法）
• 3. 交联氨基淀粉的制备
• 3.1 交联淀粉（CS）的制备
• 3.2 氧化淀粉的制备
• 3.2.1 有催化氧化淀粉的制备
• 3.2.2 无催化氧化淀粉的制备
• 3.3 氨基淀粉（AS）的制备
• 4. 结果与讨论
• 4.1 交联淀粉（CS）的制备
• 4.2 有催化氧化淀粉的制备
• 4.2.1 反应时间对羰基和羧基含量的影响
• 4.2.2 反应温度对羰基和羧基含量的影响
• 4.2.3 pH值对羰基和羧基含量的影响
• 2O₂的用量对羰基和羧基含量的影响'>4.2.4 H₂O₂的用量对羰基和羧基含量的影响
• 4.2.5 催化剂的用量对羰基和羧基含量的影响
• 4.3 无催化氧化淀粉的制备
• 4.3.1 含水量对羰基和羧基含量的影响
• 4.3.2 pH值对羰基和羧基含量的影响
• 2O₂的用量对羰基和羧基含量的影响'>4.3.3 H₂O₂的用量对羰基和羧基含量的影响
• 4.3.4 反应温度对羰基和羧基含量的影响
• 4.3.5 反应时间对羰基和羧基含量的影响
• 4.4 氨基淀粉的制备
• 4.4.1 乙二胺与OCS摩尔比对含氮量的影响
• 4.4.2 温度对含氮量的影响
• 4.4.3 乙二胺浓度对含氮量的影响
• 4.4.4 pH对含氮量的影响
• 4.4.5 反应时间对含氮量的影响
• 4.4.6 反应溶剂对含氮量的影响
• 第三章 交联氨基淀粉的结构表征
• 1 材料与方法
• 1.1 原料与试剂
• 1.2 实验仪器
• 1.3 测试方法
• 1.3.1 红外光谱
• 1.3.2 扫描电镜
• 1.3.3 XRD
• 1.3.4 TG分析
• 1.3.5 BET比表面积测定
• 2 结果分析与讨论
• 2.1 红外光谱分析
• 2.2 扫描电镜分析
• 2.3 XRD图谱分析
• 2.4 TG分析
• 2.5 BET比表面积测定分析
• 第四章 交联氨基淀粉（TTACS）对Ni（Ⅱ）、Cr（Ⅵ）的吸附性能研究
• 1 材料与方法
• 1.1 实验试剂
• 1.2 实验仪器
• 1.3 实验方法
• 1.3.1 Ni（Ⅱ）、Cr（Ⅵ）的测定
• 1.3.2 吸附容量的测定
• 1.3.3 吸附动力学
• 1.3.4 等温吸附
• 1.3.5 再生吸附
• 1.3.6 吸附机理研究
• 2 结果分析与讨论
• 2.1 Ni（Ⅱ）、Cr（Ⅵ）的吸附
• 2.1.1 不同改性淀粉对Ni（Ⅱ）、Cr（Ⅵ）吸附的影响
• 2.1.2 溶液pH值的影响
• 2.1.3 吸附剂用量的影响
• 2.1.4 振荡时间对吸附的影响
• 2.1.5 金属离子初始浓度对吸附的影响
• 2.2 吸附动力学研究
• 2.2.1 一级动力学吸附模型（Lagergren-first-order model）
• 2.2.2 二级动力学吸附模型（pseudo-second-order model）
• 2.2.3 Intraparticle diffusion
• 2.3 等温吸附
• 2.3.1 Langmuir等温吸附
• 2.3.2 Freundlich等温吸附
• 2.4 吸附热力学
• 2.5 活化能计算
• 2.6 吸附剂的再生
• 2.7 吸附机理研究
• 3 本章小结
• 第五章 交联氨基淀粉（TTACS）对染料（K-2BP）的吸附
• 1 实验药品与仪器
• 2 实验方法
• 2.1 染料活性艳红标准曲线和吸收曲线
• 2.2 不同pH值条件下对吸附的影响
• 2.3 吸附剂用量对吸附的影响
• 2.4 溶液起始浓度对吸附的影响
• 2.5 金属离子对吸附性能的影响
• 3 小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录