纤维素基重金属离子吸附剂的制备及性能研究

论文摘要

纤维素是自然界最为丰富的可再生天然高分子资源。甘蔗渣、稻壳、木屑等农林剩余物中含有丰富的纤维素资源。随着工业发展,人们使用重金属离子的数量和种类也越来越多,重金属离子污染早已成为影响人类以及其它生物生存环境的重大问题,开发出环境友好、成本低廉且性能良好的重金属离子吸附剂也就成为当务之急。利用农林剩余物中纤维素开发重金属离子吸附剂,既可以充分利用过剩的纤维素资源,制备可降解的绿色吸附材料,还可以减少石油基产品的应用带来的环境问题。本文以不同的农林剩余物为原料,通过与三种聚合单体接枝共聚,将阴离子、阳离子和非离子基团引入到纤维素大分子骨架上,制备出三种重金属离子吸附剂,为农林剩余物的再利用和减少环境污染提供了一条可行的途径。分别以蔗浆纤维素、甘蔗渣和杨木粉为原料,通过与丙烯酸（AA）、丙烯酰胺（AM）、甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵（MAETAC）三种聚合单体接枝共聚,制备了蔗浆纤维素基吸附剂、蔗渣基吸附剂及杨木粉基吸附剂。分别研究了三种吸附剂制备过程中各种反应因素（如活化预处理时间、单体用量、反应时间以及反应温度和引发剂用量等）对吸附剂吸附性能的影响,找到了制备三种吸附剂的优化工艺条件。分别研究了三种重金属离子吸附剂的吸附性能,包括吸附动力学、等温吸附以及影响吸附的各种因素和再生吸附性能。研究发现,蔗浆纤维素基吸附剂对Pb2+、Ag+、Cu2+和Mn2+的静态饱和吸附容量分别是106.48、75.60、26.71及22.53 mg/g,是蔗浆接枝共聚前吸附容量的8～16倍。蔗渣基吸附剂对Pb2+、Ag+、Cu2+和Mn2+的静态饱和吸附容量分别可达185.64、150.92、58.53及42.88 mg/g,是甘蔗渣接枝共聚前吸附容量的7～30倍。杨木粉基吸附剂对Pb2+、Ag+、Cu2+及Mn2+的静态饱和吸附容量分别可达89.46、73.92、22.25及21.08 mg/g,是杨木粉接枝共聚前吸附容量的4～10倍。三种吸附剂对Pb2+、Ag+、Cu2+及Mn2+四种金属离子吸附速度较快,短时间内可以达到平衡,对所研究的金属离子的吸附,可用Langmuir或Freundlich方程近似描述,可认为单分子层吸附占优势。找到了适宜吸附的pH值范围。温度对吸附剂的吸附影响不明显。吸附剂吸附剂经稀酸稀碱重复再生后仍保持良好的吸附能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.1.1 研究背景
• 1.1.2 研究目的和意义
• 1.1.3 项目来源与经费支持
• 1.2 纤维素基重金属离子吸附剂研究进展
• 1.2.1 纤维素的存在及特点
• 1.2.2 纤维素基重金属离子吸附剂的分类
• 1.2.3 纤维素基重金属离子吸附剂的合成方法
• 1.3 研究目标和主要研究内容
• 1.3.1 研究目标
• 1.3.2 主要研究内容
• 1.4 研究技术路线
• 1.5 实验步骤和安排
• 1.6 论文的创新点
• 第二章 蔗浆纤维素基吸附剂的合成及性能研究
• 2.1 实验部分
• 2.1.1 试验材料与仪器
• 2.1.2 合成方法
• 2.1.3 蔗浆和蔗浆纤维素基吸附剂的表征
• 2.1.4 吸附性能测试
• 2.1.5 吸附剂的再生实验
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 吸附剂表征
• 2.2.2 合成工艺研究
• 2.2.3 吸附性能研究
• 2.2.4 吸附剂的再生实验
• 2.2.5 吸附机理的探讨
• 2.3 本章小结
• 第三章 蔗渣基吸附剂的合成及性能研究
• 3.1 实验部分
• 3.1.1 仪器与试剂
• 3.1.2 合成方法
• 3.1.3 蔗渣及蔗渣基吸附剂的表征
• 3.1.4 吸附性能测试
• 3.1.5 吸附剂的再生实验
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 产物表征
• 3.2.2 合成工艺研究
• 3.2.3 蔗渣基吸附剂吸附性能研究
• 3.2.4 吸附剂的再生实验
• 3.2.5 蔗渣基吸附剂和蔗浆纤维素基吸附剂的比较
• 3.3 小结
• 第四章 杨木粉基吸附剂的合成及性能研究
• 4.1 实验部分
• 4.1.1 试验仪器与材料
• 4.1.2 吸附剂的合成
• 4.1.3 吸附剂的表征
• 4.1.4 吸附性能测试
• 4.1.5 吸附剂的再生实验
• 4.2 结果与讨论
• 4.2.1 产物表征
• 4.2.2 合成工艺研究
• 4.2.3 吸附性能研究
• 4.2.4 吸附剂的再生实验
• 4.3 本章小结
• 第五章 结论与讨论
• 5.1 结论
• 5.2 讨论
• 5.3 展望
• 参考文献
• 附录A 纤维素及吸附剂IR 谱图
• 附录B 申请专利
• 在读期间的学术研究
• 致谢