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壳聚糖的改性及其在含酚废水处理中的应用研究

作　者: 江君
导　师: 王平
学　校: 南京林业大学
专　业: 环境工程
关键词: 壳聚糖香草醛柠檬醛改性含酚废水
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

工业含酚废水来源广泛,危害严重,目前国内外学者们都在积极寻求处理含酚废水的有效途径。含酚废水的常见处理方法有吸附法、溶剂萃取法、生物法和化学法,但是每种方法都有各自的优缺点,主要问题集中在含酚废水的处理效果以及成本上。壳聚糖(CTS)是一种天然高分子化合物,其来源广泛、无毒无害、可生物降解,由于壳聚糖分子含有大量氨基,所以它对酚类物质具有一定的吸附作用,但是,壳聚糖在酸性介质中不稳定,易水解流失,这使得壳聚糖作为吸附剂的应用受到较大的限制。本课题采用物理-化学法制备了四种改性壳聚糖吸附剂,以吸附法处理工业含酚废水。研究内容:(1)以壳聚糖、香草醛、柠檬醛为原料,运用正交实验法在微波辐射条件下分别制备粉态吸附剂壳聚糖香草醛希夫碱(CTSV)和壳聚糖柠檬醛希夫碱(CTSC)。(2)采用滴加成球法制备壳聚糖颗粒,再用香草醛和柠檬醛分别对壳聚糖颗粒微波辐射改性,制备颗粒态吸附剂香草醛修复壳聚糖(CTSV颗粒)、柠檬醛修复壳聚糖(CTSC颗粒)。(3)以苯酚、4-硝基酚和2,4-二氯酚模拟含酚废水,测试CTSV和CTSC吸附剂的吸附性能,以吸附量和去除率为评价指标,考察希夫碱缩合率、pH值、吸附动力学和热力学、无机盐含量和吸附剂用量等因素对酚类吸附的影响。(4)以实际含酚废水为处理对象,测试CTSV颗粒和CTSC颗粒吸附剂的吸附性能,在静态吸附实验条件下,探讨吸附剂种类、pH值、搅拌时间和投加量等因素对废水中酚去除率的影响。(5)以动态小柱实验条件下废水中酚去除率为评价指标,结合COD、色度和浊度等监测指标,考察了废水初始浓度、吸附剂柱高、出水流速等因素对含酚废水处理效果的影响,同时对CTSC颗粒进行动态洗脱分析。(6)在上述实验基础上考察CTSC颗粒对含酚废水和苯酚配水的连续动态处理对照实验,考察其作为新型水处理吸附材料的吸附性能及可行性。实验结果表明:1、CTSV最佳制备条件:微波功率480 W,反应时间4 min,壳聚糖与香草醛质量比1︰5,产品缩合率76.52%。CTSC最佳制备条件:微波功率480 W,反应时间6 min,乙醇与水体积比2︰1,壳聚糖与柠檬醛质量比1︰6,产品缩合率84.22%。2、壳聚糖颗粒最佳制备条件:2%壳聚糖醋酸溶液,NaOH(质量分数%)/C2H5OH(体积分数%)= 2%/10%,选用200μL移液器枪头,制成2mm左右的壳聚糖颗粒。壳聚糖颗粒与香草醛的质量比为3︰1时,CTSV颗粒的游离氨基含量和取代度分别为2.85mmol/g和54.11%。壳聚糖颗粒与柠檬醛的质量比为3︰1.3时,CTSC颗粒的游离氨基含量和取代度分别为2.63mmol/g和57.66%。3、CTSV和CTSC对模拟废水中苯酚、4-硝基酚和2,4-二氯酚的吸附量均大于CTS,说明改性壳聚糖对酚的吸附能力均有所提高,且CTSC对酚的吸附效果优于CTSV。两种希夫碱对废水中三种酚的吸附量大小顺序:2,4-二氯酚>4-硝基酚>苯酚。4、实际含酚废水的静态实验中,酚吸附量大小顺序:CTSC颗粒>CTS颗粒>CTS>CTSV颗粒,CTSC颗粒对废水中酚的去除率最高,在pH=7,搅拌3h,投加量0.3g时,废水中酚去除率是51.1%,CTSC颗粒投加量0.5g时,酚去除率61.1%。5、动态小柱处理实际含酚废水的最佳条件:25℃,pH=6.6、吸附剂柱高300mm、出水流速0.7 BV/h时,CTSC颗粒对酚的最大去除率为90.4%,COD去除率为69.0%,色度和浊度去除率分别为75%和77.6%。以5%NaOH为脱附剂对CTSC颗粒动态脱附,流速为3.4～6.8BV/h。6、CTSC颗粒对配水中苯酚的去除效果好于含酚废水。本课题以天然壳聚糖为基体,选用价格便宜、来源广泛的纯天然香草醛和柠檬醛作为壳聚糖的修饰化合物,符合绿色化学的要求。该新型改性壳聚糖属环境友好型水处理材料它制作工艺简单,吸附性能好,具有较好应用前景。

全文目录

致谢  3-4
摘要  4-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-19
  1.1 含酚废水处理方法综述  10-12
    1.1.1 含酚废水的物理处理方法  10-11
    1.1.2 含酚废水的生化处理方法  11
    1.1.3 含酚废水的高级氧化处理方法  11-12
  1.2 壳聚糖的结构、性质和研究现状  12-17
    1.2.1 壳聚糖的结构  12
    1.2.2 壳聚糖的性质  12-13
    1.2.3 壳聚糖颗粒制备及改性的研究进展  13-14
    1.2.4 微波作用下壳聚糖的化学改性研究现状  14-15
    1.2.5 壳聚糖及其衍生物对含酚废水的处理研究现状  15-17
  1.3 研究目的、意义及内容  17-18
    1.3.1 研究目的和意义  17
    1.3.2 研究内容  17-18
  1.4 创新点  18-19
第二章实验部分  19-25
  2.1 药品与仪器  19-20
    2.1.1 药品  19
    2.1.2 仪器  19-20
  2.2 实验方法  20-25
    2.2.1 希夫碱反应原理  20
    2.2.2 香草醛化学改性壳聚糖  20-21
    2.2.3 柠檬醛化学改性壳聚糖  21
    2.2.4 缩合率计算  21-22
    2.2.5 壳聚糖颗粒的制备  22
    2.2.6 壳聚糖颗粒的化学改性  22-23
    2.2.7 产物结构与性能表征  23
    2.2.8 酚标准曲线  23
    2.2.9 含酚废水的处理  23-25
第三章改性壳聚糖的制备及其表征  25-38
  3.1 壳聚糖的改性  25-31
    3.1.1 微波功率对溶剂温度的影响  25
    3.1.2 香草醛改性壳聚糖的正交实验  25-26
    3.1.3 柠檬醛改性壳聚糖的正交实验  26-27
    3.1.4 壳聚糖颗粒的制备原理及影响因素  27-30
    3.1.5 游离氨基含量和取代度计算  30-31
  3.2 产物表征  31-37
    3.2.1 红外光谱（FTIR）分析  31-33
    3.2.2 X 射线衍射（XRD）分析  33-34
    3.2.3 扫描电镜（SEM）分析  34-36
    3.2.4 改性壳聚糖颗粒的稳定性  36
    3.2.5 基本物理性质的测定  36-37
  3.3 本章小结  37-38
第四章改性壳聚糖对含酚废水的处理  38-65
  4.1 模拟含酚废水的处理  38-53
    4.1.1 酚标准曲线  38-39
    4.1.2 缩合率对酚吸附量的影响  39-40
    4.1.3 吸附实验  40-53
  4.2 实际含酚废水的处理  53-64
    4.2.1 静态吸附实验  53-56
    4.2.2 动态小柱吸附实验  56-59
    4.2.3 脱附实验  59-60
    4.2.4 吸附柱动态对比实验  60-64
  4.3 本章小结  64-65
第五章结论与建议  65-67
  5.1 结论  65-66
  5.2 建议及展望  66-67
参考文献  67-70
附录1 攻读硕士学位期间发表的论文目录  70

壳聚糖的改性及其在含酚废水处理中的应用研究

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