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微波辐射壳聚糖基吸附剂制备及去除水中六价铬性能研究

作　者: 贺玉强
导　师: 王鹏
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 环境科学与工程
关键词: 微波辐射壳聚糖 Cr(VI) 吸附
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

铬及其化合物被广泛的应用于电镀、制革、印染等行业，产生了大量有毒有害废水，壳聚糖作为自然界存在量仅次于纤维素的第二大的天然高分子聚合物，被广泛的作为吸附剂，本文的主要工作是利用微波辐射技术对壳聚糖进行改性，用于去除水溶液中六价铬的研究。以壳聚糖为基体，通过微波辐射交联方法制备出壳聚糖凝胶吸附剂和接枝PEI壳聚糖微球，通过单因素实验确定了吸附剂制备的最佳条件。系统的考察了初始浓度、吸附时间、pH值、温度、共存离子等因素对两种吸附剂去除水溶液中Cr(VI)的吸附性能的影响。确定了最佳pH范围，吸附平衡所需要的时间，确定了适宜的温度，对共存阴离子对两种吸附剂吸附Cr(VI)的影响按大小进行了排序。研究结果表明，壳聚糖凝胶吸附剂最佳制备条件为：0.5mol/L的乙酸溶液，微波功率为500W，5mL环氧氯丙烷；接枝PEI壳聚糖微球制备的最佳条件为吸附剂制备的最佳条件为5.0mL的环氧氯丙烷，10.0ml的浓度为1%的PEI，接枝温度为60℃，与PEI反应时间为2h，微波功率400W，微波交联时间为5min，戊二醛用量为4mL。两种吸附剂对Cr(VI)的吸附速率较快2h基本达到吸附平衡，其pH适宜范围分别为2~7和2~5.5，随着温度的提高，吸附量均有所下降，共存阴离子对Cr(VI)的吸附有一定影响。对两种吸附剂的等温吸附特性进行了研究，对两种吸附剂吸附水溶液中Cr(VI)的试验数据分别用Langmuir等温模型、Freundlich等温模型进行了拟合，通过Langmuir等温模型预测出两种吸附剂的饱和吸附量分别为147mg/g和214mg/g，通过Freundlich模型的n值的计算来确定吸附过程的难易程度。同时对吸附剂的吸附动力学特性进行了研究，对两种吸附剂吸附水溶液中Cr(VI)的试验数据分别用一级动力学、二级动力学和颗粒内扩散模型进行了拟合，计算了吸附过程的热力学参数，并用SEM、FTIR等对吸附剂进行了结构表征。对两种吸附剂的再生性能进行了研究，考察了不同脱附剂对吸附Cr(VI)后的吸附剂的脱附效果。研究结果表明，两种吸附剂吸附水溶液中Cr(VI)的试验数据能够用准一级吸附动力学模型和准二级吸附动力学模型较好的拟合，等温吸附数据能够用Langmuir模型和Freundlich模型很好的拟合，通过计算热力学参数可知吸附过程均为自发过程，且均为放热反应。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-24
  1.1 课题来源、课题背景及研究的目的和意义  10
    1.1.1 课题来源  10
    1.1.2 课题背景及研究的目的和意义  10
  1.2 含铬废水处理工艺现状分析  10-16
    1.2.1 化学法  12-13
    1.2.2 活性炭吸附法  13-14
    1.2.3 离子交换法  14-15
    1.2.4 生物法  15-16
  1.3 壳聚糖及壳聚糖改性吸附剂研究现状  16-21
    1.3.1 甲壳素及壳聚糖的结构  16-18
    1.3.2 壳聚糖直接作为吸附剂  18
    1.3.3 交联壳聚糖作为吸附剂  18-20
    1.3.4 交联壳聚糖衍生物作为吸附剂  20-21
  1.4 微波及其在壳聚糖改性中的应用研究现状  21-22
    1.4.1 微波化学简介及其特点  21
    1.4.2 微波辐射在壳聚糖改性中的应用  21-22
  1.5 本课题主要研究内容  22-24
第2章实验材料与方法  24-32
  2.1 实验仪器与试剂  24-25
  2.2 吸附剂制备方法  25-26
    2.2.1 壳聚糖凝胶吸附剂的制备方法  25-26
    2.2.2 接枝 PEI 壳聚糖微球吸附剂的制备方法  26
  2.3 分析测定方法  26-32
    2.3.1 Cr(VI)的测定方法  26-27
    2.3.2 吸附剂的表征方法  27
    2.3.3 吸附剂对铬(VI)的吸附性能研究的试验方法  27-28
    2.3.4 各项评价指标的计算方法  28
    2.3.5 等温吸附理论及吸附热动力学理论  28-32
第3章壳聚糖凝胶吸附剂的制备及表征  32-43
  3.1 引言  32-33
  3.2 壳聚糖凝胶吸附剂的制备  33-36
    3.2.1 溶剂种类的影响  33
    3.2.2 乙酸浓度的影响  33-34
    3.2.3 微波功率的影响  34-35
    3.2.4 环氧氯丙烷用量的影响  35-36
  3.3 壳聚糖凝胶吸附剂对 Cr(VI)的吸附性能研究  36-40
    3.3.1 初始浓度对吸附性能的影响  36-37
    3.3.2 吸附时间对吸附性能的影响  37
    3.3.3 pH 对吸附性能的影响  37-38
    3.3.4 温度对吸附性能的影响  38-39
    3.3.5 共存离子对吸附性能的影响  39-40
  3.4 壳聚糖凝胶吸附剂的结构表征  40-41
    3.4.1 吸附剂扫描电镜（SEM）分析  40
    3.4.2 吸附剂红外光谱分析  40-41
  3.5 本章小结  41-43
第4章接枝 PEI 壳聚糖微球的制备及表征  43-56
  4.1 引言  43-44
  4.2 交联 PEI 的壳聚糖微球的制备  44-48
    4.2.1 环氧氯丙烷投加量的影响  44
    4.2.2 PEI 投加量的影响  44-45
    4.2.3 接枝反应温度的影响  45-46
    4.2.4 接枝反应时间的影响  46
    4.2.5 微波功率的影响  46-47
    4.2.6 微波交联时间的影响  47-48
    4.2.7 戊二醛用量的影响  48
  4.3 接枝 PEI 壳聚糖微球对 Cr(VI)的吸附性能研究  48-52
    4.3.1 初始浓度对吸附性能的影响  48-49
    4.3.2 吸附时间对吸附性能的影响  49-50
    4.3.3 pH 对吸附性能的影响  50-51
    4.3.4 温度对吸附性能的影响  51
    4.3.5 共存离子对吸附性能的影响  51-52
  4.4 接枝 PEI 壳聚糖微球的结构表征  52-54
    4.4.1 吸附剂粒径的分布  52
    4.4.2 吸附剂扫描电镜分析  52-53
    4.4.3 吸附剂红外光谱分析  53-54
  4.5 本章小结  54-56
第5章以壳聚糖为基体的吸附剂对 Cr(VI)的吸附特性及机理  56-70
  5.1 引言  56
  5.2 Cr(VI)在壳聚糖基吸附剂上的等温吸附特性  56-60
    5.2.1 Cr(VI)在壳聚糖凝胶吸附剂上的等温吸附特性  56-58
    5.2.2 Cr(VI)在接枝 PEI 壳聚糖微球上的等温吸附特性  58-60
  5.3 Cr(VI)在壳聚糖基吸附剂上的吸附动力学特性  60-64
    5.3.1 Cr(VI)在壳聚糖凝胶吸附剂上的吸附动力学特性  60-62
    5.3.2 Cr(VI)在接枝 PEI 壳聚糖微球上的吸附动力学特性  62-64
  5.4 Cr(VI)在壳聚糖基吸附剂上的吸附热力学特性  64-66
    5.4.1 Cr(VI)在壳聚糖凝胶吸附剂上的吸附热力学特性  64-65
    5.4.2 Cr(VI)在接枝 PEI 壳聚糖微球上的吸附热力学特性  65-66
  5.5 壳聚糖基吸附材料的再生和机理  66-69
    5.5.1 壳聚糖凝胶吸附剂的再生  66-67
    5.5.2 接枝 PEI 壳聚糖微球的再生  67-68
    5.5.3 壳聚糖吸附剂吸附 Cr(VI)的机理探讨  68-69
  5.6 本章小结  69-70
结论  70-72
参考文献  72-76
攻读硕士期间发表的论文及其它成果  76-79
致谢  79

微波辐射壳聚糖基吸附剂制备及去除水中六价铬性能研究

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