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壳聚糖改性沸石对刚果红、亮绿和酸性铬蓝K的吸附研究

作　者: 韩攀
导　师: 韩润平
学　校: 郑州大学
专　业: 环境科学
关键词: 壳聚糖改性沸石(CCZ) 刚果红(CR) 亮绿(LG) 酸性铬蓝K(AK) 吸附
分类号: X703
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

沸石比表面积大,离子交换性强,再生容易,广泛应用于水处理中,但对阴离子染料的吸附性能较差；壳聚糖资源丰富、生物相容性好、具有优良的吸附性能且可以降解,广泛应用于环境工程、生命科学等领域,但由于价格昂贵应用受到一定限制。为改善沸石吸附性能,提高壳聚糖的利用率,本文将壳聚糖负载于天然沸石表面,制备了壳聚糖改性沸石吸附剂(CCZ),并研究了其对刚果红、亮绿和酸性铬蓝K的静态吸附行为,以及刚果红和亮绿混合体系中两者的竞争吸附行为。静态吸附试验研究了吸附时间、吸附剂用量、溶液pH值、盐浓度、染料浓度、溶液温度等条件对CCZ吸附水溶液中阴离子染料(刚果红、亮绿、酸性铬蓝K)的影响。研究结果表明：当pH值为4时,CCZ对三者的吸附量最佳；其中,对刚果红的吸附在pH为4-10范围内变化不大。溶液初始浓度和温度对吸附速率均有不同程度的影响,平衡吸附量都随溶液初始浓度的增加而增大,平衡吸附行为可以用Langmuir方程来描述,室温下CCZ对刚果红、亮绿和酸性铬蓝K的饱和吸附量qm分别为10.0、40.7、29.8 mg·g-1。与沸石相比,CCZ对三种染料的最大吸附量均有所提高。CCZ对三种染料的吸附过程可分为快速和慢速两个阶段；其中,刚果红和酸性铬蓝K的吸附动力学过程用Elovich动力学方程描述较好,亮绿的吸附则用准二级动力学方程描述较好。CCZ对三种染料的吸附包含多种机理,但主要靠静电引力进行。CCZ对刚果红、亮绿和酸性铬蓝K的表观吸附活化能分别为：66.0、37.3和57.4kJ·mol-1,ΔG均为负值,表明吸附过程是自发的。CCZ对刚果红和亮绿的双组份吸附实验表明,在混合体系中存在着竞争吸附,且两者是同时被吸附的。此外,CCZ吸附刚果红和酸性铬蓝K后,可采用0.01 mol·L-1的NaOH溶液处理的方法再生,一次再生率分别为98.7%和40.9%；CCZ吸附亮绿后可用微波在320 W下辐照10 min的方法再生,一次再生率可达98.7%。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章前言  10-30
  1.1 印染废水现状  10-11
    1.1.1 染料废水来源及特点  10-11
    1.1.2 印染废水的危害  11
  1.2 印染废水的脱色处理方法  11-16
    1.2.1 生物处理法  12-13
    1.2.2 化学处理法  13-15
    1.2.3 物理处理法  15-16
  1.3 吸附理论概述  16-20
    1.3.1 吸附作用  16-17
    1.3.2 吸附剂  17-18
    1.3.3 影响吸附作用的因素  18-19
    1.3.4 吸附剂的解吸再生  19-20
    1.3.5 吸附法在废水处理中的应用  20
  1.4 壳聚糖及沸石的研究现状  20-28
    1.4.1 壳聚糖研究现状  20-25
    1.4.2 沸石研究现状  25-28
    1.4.3 壳聚糖改性沸石研究现状  28
  1.5 立题背景及研究意义  28-30
第二章实验设计、实验方法和研究内容  30-34
  2.1 实验设计  30-31
    2.1.1 染料的选择与确定  30
    2.1.2 静态吸附实验设计  30-31
  2.2 实验试剂、仪器  31-32
    2.2.1 实验试剂  31-32
    2.2.2 实验仪器  32
  2.3 研究内容  32
    2.3.1 单组分静态吸附  32
    2.3.2 双组分静态竞争吸附  32
  2.4 实验方法  32-34
    2.4.1 CCZ的制备  32-33
    2.4.2 染料浓度的测试方法  33
    2.4.3 吸附量测定  33-34
第三章吸附剂表征  34-38
  3.1 壳聚糖负载量的计算  34
  3.2 吸附剂等电点的测定  34-35
  3.3 红外光谱分析(FT-IR)  35-38
第四章壳聚糖改性沸石(CCZ)对三种染料的吸附行为研究  38-59
  4.1 CCZ吸附刚果红(CR)  38-44
    4.1.1 吸附剂用量的确定  38
    4.1.2 吸附平衡时间的确定  38-39
    4.1.3 pH值对吸附的影响  39-40
    4.1.4 盐度对吸附的影响  40-41
    4.1.5 浓度和温度对CCZ吸附CR的影响  41-42
    4.1.6 时间与温度对CCZ吸附CR的影响  42-43
    4.1.7 时间和浓度对CCZ吸附CR的影响  43
    4.1.8 CCZ吸附CR后的再生  43-44
  4.2 CCZ吸附亮绿(LG)  44-50
    4.2.1 吸附剂用量的确定  44-45
    4.2.2 吸附平衡时间的确定  45
    4.2.3 pH值对吸附的影响  45-46
    4.2.4 盐度对吸附的影响  46-47
    4.2.5 浓度和温度对CCZ吸附LG的影响  47
    4.2.6 时间与温度对CCZ吸附LG的影响  47-48
    4.2.7 时间和浓度对CCZ吸附LG的影响  48-49
    4.2.8 CCZ吸附LG后的再生  49-50
  4.3 刚果红和亮绿的竞争吸附  50-53
    4.3.1 固定CR或LG浓度,改变LG或CR的浓度  50-51
    4.3.2 混合体系中CR和LG的等温吸附曲线  51-52
    4.3.3 固定CR和LG的总量不变,同时改变两种染料的浓度  52-53
    4.3.4 混合体系中时间对吸附的影响  53
  4.4 CCZ吸附酸性铬蓝K(AK)  53-58
    4.4.1 吸附剂用量的确定  53
    4.4.2 吸附平衡时间的确定  53-54
    4.4.3 pH值对吸附的影响  54-55
    4.4.4 盐度对吸附的影响  55
    4.4.5 浓度和温度对CCZ吸附AK的影响  55-56
    4.4.6 时间与温度对CCZ吸附AK的影响  56
    4.4.7 时间和浓度对CCZ吸附AK的影响  56-57
    4.4.8 CCZ吸附AK后的再生  57-58
  4.5 小结  58-59
第五章 CCZ吸附染料模型分析及吸附机理探讨  59-89
  5.1 吸附模型及热力学常数计算  59-63
    5.1.1 平衡吸附模型  59-60
    5.1.2 吸附动力学模型  60
    5.1.3 竞争吸附模型  60-61
    5.1.4 热力学常数计算  61-62
    5.1.5 误差计算  62-63
  5.2 CCZ吸附刚果红的吸附等温线、动力学、热力学分析  63-72
    5.2.1 CCZ吸附CR的吸附等温线分析  63-67
    5.2.2 CCZ吸附CR的热力学分析  67
    5.2.3 CCZ吸附CR的动力学研究  67-72
  5.3 CCZ吸附亮绿的吸附等温线、动力学、热力学分析  72-78
    5.3.1 CCZ吸附LG的吸附等温线分析  72-75
    5.3.2 CCZ吸附LG的热力学分析  75
    5.3.3 CCZ吸附LG的动力学分析  75-78
  5.4 CCZ吸附酸性铬蓝K的吸附等温线、动力学、热力学分析  78-84
    5.4.1 CCZ吸附AK的吸附等温线分析  78-81
    5.4.2 CCZ吸附AK的热力学分析  81
    5.4.3 CCZ吸附AK的动力学分析  81-84
  5.5 CR和LG的竞争吸附分析  84-85
  5.6 吸附机理探讨  85-87
    5.6.1 壳聚糖改性沸石处理印染废水的可能机理  85-86
    5.6.2 对刚果红吸附的机理探讨  86-87
    5.6.3 对亮绿、酸性铬蓝K吸附的机理探讨  87
  5.7 CCZ与其它吸附剂对CR、LG和AK吸附能力的比较  87-88
  5.8 小结  88-89
第六章结论与建议  89-90
参考文献  90-96
附录硕士研究生期间发表的论文  96-97
致谢  97

壳聚糖改性沸石对刚果红、亮绿和酸性铬蓝K的吸附研究

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