纳米壳聚糖的制备及其对Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附性研究

论文摘要

面对越来越引起人们关注的水环境中重金属离子的污染,研究水体中重金属离子的去除方法成为当前研究的重要领域。本文在查阅大量相关文献的基础上,依据当前对壳聚糖的研究现状,将着重研究壳聚糖基础上的新型改性吸附剂——纳米壳聚糖在水环境中的应用,主要研究内容及结果如下:论文第一部分是以壳聚糖和多聚磷酸钠为原料,利用离子交联法制备纳米壳聚糖颗粒。详细研究了壳聚糖分子量大小、壳聚糖与多聚磷酸钠的质量配比、反应体系的pH值和温度等因素对纳米壳聚糖制备的影响,最终确定了纳米壳聚糖形成的最佳工艺条件:壳聚糖经H2O2氧化降解6h;乙酸的质量分数为1%;pH值为4.5;CS浓度为2mg/mL;STPP浓度为1mg/mL;CS与STPP的质量比为5:2;磁力搅拌时间为30min;超声时间为15min;通过扫描电镜、透射电镜和紫外分光光度计等对纳米壳聚糖的形态进行表征,得到粒径为200nm400nm、性质稳定且分布均匀的纳米壳聚糖;论文第二部分主要研究纳米壳聚糖在单组份体系和多组分体系下对Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附性能,主要从最佳吸附时间、pH值、最佳纳米壳聚糖用量、吸附等温线、吸附速率、吸附选择性等方面来研究。实验结果表明:制备出的纳米壳聚糖较壳聚糖原药在同等条件下对金属离子的吸附量和吸附率均具有良好的优越性;并探索出纳米壳聚糖的最佳吸附酸性环境为pH=6.0;达到吸附平衡时所需的时间为120min;纳米壳聚糖的最佳用量为金属离子含量的12倍;采用Langmuir型吸附等温方程式和Freundlich型吸附等温方程式均能很好地描述纳米壳聚糖对Cu2+、Pb2+、Cd2+离子的吸附行为,但相对来说Cu2+的Langmuir型吸附等温线的拟合程度较Freundlich型吸附等温线的拟合程度要好,而对Pb2+、Cd2+来说Freundlich型吸附等温线的拟合程度较好;吸附平衡时,纳米壳聚糖对Cu2+、Pb2+、Cd2+的吸附量分别为89.9mg/g、69.6mg/g,53.7mg/g;吸附率分别为:96.7%、92.5%、89.7%;在多组分体系下,未达到吸附平衡前纳米壳聚糖对重金属离子的吸附率和吸附量较单组份体系下都有相应减小的趋势,但吸附平衡后,纳米壳聚糖对重金属离子的吸附量和吸附率与单组份体系下的吸附量和吸附率相差不大,吸附的时间相对较长;在双组份体系下镉对铜吸附程度的影响较大,镉对铅的吸附程度影响次之,铅对铜吸附程度的影响较弱。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 水环境重金属污染研究概况
• 1.1.1 国内外水环境重金属污染现状
• 1.1.2 重金属元素的分类、危害及各地污染事件概况
• 1.2 壳聚糖相关性质研究
• 1.2.1 甲壳素、壳聚糖的结构和理化性质
• 1.2.2 影响壳聚糖吸附金属离子性质的主要因素
• 1.2.3 壳聚糖的应用
• 1.2.4 壳聚糖在水处理中的主要作用机理
• 1.3 纳米科技及纳米材料
• 1.3.1 纳米粒子的理化性质
• 1.3.2 纳米粒子的制备方法
• 1.3.3 纳米壳聚糖的制备方法
• 1.3.4 纳米材料应用前景与展望
• 1.4 重金属处理技术研究现状
• 1.4.1 化学处理法
• 1.4.2 物理化学处理法
• 1.4.3 生物处理法
• 1.5 论文研究的主要内容和意义
• 1.5.1 论文研究的主要内容
• 1.5.2 论文研究的主要意义
• 2 纳米壳聚糖的制备及表征
• 2.1 实验仪器和试剂
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 试剂
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 纳米壳聚糖的制备
• 2.2.2 纳米壳聚糖的形态表征
• 2.3 结果与分析
• 2.3.1 壳聚糖降解反应的最佳工艺条件
• 2.3.2 影响纳米壳聚糖制备的因素
• 2.3.3 纳米壳聚糖的形态表征
• 3 单组分体系下纳米壳聚糖对金属离子吸附性能的研究
• 3.1 实验材料及实验仪器
• 3.1.1 实验材料
• 3.1.2 实验仪器
• 3.2 吸附剂溶液、重金属离子标准溶液的配制及数据处理
• 3.2.1 吸附剂溶液的配制
• 3.2.2 金属离子标准溶液的配制
• 3.2.3 数据处理
• 3.3 单组分体系下金属离子的吸附性能测定
• 3.3.1 吸附量的测定
• 3.3.2 吸附等温线的测定
• 3.3.3 最佳吸附时间的测定
• 3.3.4 最佳介质酸度的测定
• 3.3.5 最佳吸附剂用量的测定
• 3.4 结果及分析
• 3.4.1 壳聚糖、纳米壳聚糖吸附金属离子性能的比较
• 3.4.2 纳米壳聚糖吸附重金属离子的最佳用量
• 3.4.3 纳米壳聚糖吸附重金属离子的最佳pH
• 3.4.4 纳米壳聚糖吸附重金属离子的最佳吸附时间
• 3.4.5 纳米壳聚糖吸附重金属离子的吸附等温线
• 4 多组分体系下纳米壳聚糖吸附重金属离子的性能研究
• 4.1 三元混合溶液的配制及吸附性能的测定
• 4.1.1 三元混合溶液的配制
• 4.1.2 吸附速率的测定
• 4.1.3 吸附选择性的测定
• 4.2 结果及分析
• 4.2.1 多组分体系下纳米壳聚糖的吸附速率
• 4.2.2 双组份溶液中金属离子的吸附选择性
• 结论
• 参考文献
• 附录 文中所用缩略符号
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢