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改性壳聚糖复合物吸附重金属研究

作　者: 雷晓霞
导　师: 汤琳
学　校: 湖南大学
专　业: 环境工程
关键词: 壳聚糖改性磁性吸附重金属
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

本文围绕纳米材料治理水体重金属污染物而展开。基于吸附法和纳米材料的优点，制备了一系列磁性纳米复合吸附剂。纳米磁性颗粒、未改性的磁性纳米壳聚糖，戊二醛改性后的磁性纳米壳聚糖分别做了SEM扫描电镜图，发现未改性的磁性纳米壳聚糖微球成型差，结块现象严重，而改性后的壳聚糖呈较规则球状，具有表面较平滑，密度大，单分散性好，粒径均匀等显著特点，这些新特点将有利于吸附剂的的稳定。通过FTIR红外谱图的分析，出现羰基的特征峰，证明戊二醛成功与壳聚糖交联，且自由氨基减少使得特征峰减弱不明显。在随后工作中考察了戊二醛交联磁性壳聚糖吸附金属Pb2+、Cd2+过程中典型的影响因素对吸附过程及吸附效果的影响。pH值在吸附Pb2+的过程中影响较大，在pH=3.87左右达到最大值。此结果与溶胀曲线所得出的等电点为pH=4左右的结果相符合。同时，pH值的变化对吸附剂去除Cd2+的效果没有明显影响。本实验中所制得的戊二醛交联改性磁性壳聚糖微球能在5min内达到吸附平衡，此结果与其他类似吸附剂相比具有明显的优势。通过分析其动力学过程得知，吸附重金属Pb2+和Cd2+的过程为吸热化学控制过程。并通过计算吸附剂的吸附等温曲线确定本实验中所制得的戊二醛交联改性磁性壳聚糖微球吸附重金属Pb2+和Cd2+的过程更加符合Freundlich模型。吸附剂的再生性能研究发现，在反复吸附解吸5次之后，吸附效率并没有明显降低。在这之后又合成了α-酮戊二酸改性的磁性壳聚糖，并通过透射电镜（TEM）、场发射扫描电镜（SEM）、X衍射红外光谱（XRD）和傅里叶红外光谱（FTIR）方式对所制得的产物进行表征。确定制得了α-酮戊二酸改性磁性壳聚糖，产物粒径为100nm~200nm，并在颗粒中存在大量的网状结构。将制得的酮戊二酸改性磁性壳聚糖进一步用于重金属Cd2+的吸附实验，并研究了吸附过程中典型的影响因素对吸附过程及吸附效果的影响。该吸附剂对镉的吸附效果极好，去除率全部高于99%，并能在1-7的pH范围内始终保持良好的稳定性。而且能在15min内达到吸附平衡。并且在25-75℃的温度范围内也能保持高效率的吸附能力。通过再生实验证明，通过α-酮戊二酸改性磁性壳聚糖能经过5次吸附解吸过程后仍达到90%以上的吸附去除率。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-11
插图索引  11-12
附表索引  12-13
第1章绪论  13-33
  1.1 水体中重金属污染来源及危害  13-18
    1.1.1 重金属废水的主要来源  13-15
    1.1.2 重金属污染的危害  15-18
  1.2 重金属处理技术研究现状  18-20
    1.2.1 化学法  18-19
    1.2.2 生物法  19-20
    1.2.3 物理法  20
  1.3 常用吸附剂及其在重金属废水处理中的应用  20-25
    1.3.1 炭类吸附剂  21
    1.3.2 矿物吸附剂  21-22
    1.3.3 高分子吸附剂  22-24
    1.3.4 生物吸附剂  24
    1.3.5 工农业废弃物  24
    1.3.6 腐殖酸类  24-25
  1.4 纳米材料概述  25-28
    1.4.1 纳米材料制备方法  25-26
    1.4.2 纳米材料在吸附中的作用  26-28
  1.5 磁性纳米材料及其应用  28-31
    1.5.1 磁性纳米材料的性质  28-29
    1.5.2 磁性纳米材料的制备方法  29-31
    1.5.3 磁性纳米材料在环境中的应用  31
    1.5.4 磁性壳聚糖在水处理中的应用  31
  1.6 论文构思  31-33
第2章戊二醛交联磁性壳聚糖粉末制备及表征  33-38
  2.1 前言  33
  2.2 材料及方法  33-35
    2.2.1 试剂及设备  33-34
    2.2.2 戊二醛交联磁性纳米复合物的制备  34-35
    2.2.3 吸附剂的表征  35
  2.3 结果与讨论  35-37
    2.3.1 SEM 表征  35
    2.3.2 FTIR 分析  35-36
    2.3.3 磁性分析  36-37
  2.4 小结  37-38
第3章交联改性磁性壳聚糖粉末吸附重金属应用  38-46
  3.1 前言  38
  3.2 材料及方法  38-39
    3.2.1 试剂及设备  38
    3.2.2 批次试验  38-39
    3.2.3 溶胀性实验  39
    3.2.4 吸附剂的再生性  39
  3.3 结果与讨论  39-45
    3.3.1 pH 值对吸附效果的影响  39-40
    3.3.2 接触时间的影响  40-41
    3.3.3 吸附等温线  41-43
    3.3.4 反应温度的影响  43-44
    3.3.5 溶胀实验  44-45
    3.3.6 再生性能  45
  3.4 小结  45-46
第4章 α-酮戊二酸改性磁性壳聚糖粉末制备及表征  46-53
  4.1 前言  46
  4.2 材料及方法  46-47
    4.2.1 试剂及设备  46
    4.2.2 改性磁性壳聚糖复合物的制备  46-47
    4.2.3 吸附剂的表征  47
  4.3 结果与讨论  47-52
    4.3.1 TEM 表征  47-48
    4.3.2 SEM 表征  48-50
    4.3.3 XRD 表征  50-51
    4.3.4 FTIR 分析  51-52
    4.3.5 磁性分析  52
  4.4 小结  52-53
第5章 α-酮戊二酸改性磁性壳聚糖粉末吸附重金属 Cd（II）  53-57
  5.1 前言  53
  5.2 材料及方法  53-54
    5.2.1 试剂及设备  53
    5.2.2 批次试验  53-54
    5.2.3 吸附剂的再生性  54
  5.3 结果与讨论  54-56
    5.3.1 pH 值的影响  54
    5.3.2 接触时间的影响  54-55
    5.3.3 吸附温度的影响  55-56
    5.3.4 再生性能  56
  5.4 小结  56-57
结论  57-59
参考文献  59-67
附录 A 攻读硕士学位期间所发表的学术论文目录  67-69
附录 B 攻读学位期间申请的国家发明专利  69-70
致谢  70

改性壳聚糖复合物吸附重金属研究

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