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CTS/OMMT纳米复合材料的制备及其对亚硝酸盐的吸附研究

作　者: 黄育刚
导　师: 张爱丽
学　校: 大连理工大学
专　业: 工业生态与环境规划
关键词: 壳聚糖有机蒙脱土纳米复合材料吸附亚硝酸盐
分类号: TB383.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

利用十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）对钠基蒙脱土进行有机改性,制备出有机蒙脱土（OMMT）,并将其和壳聚糖（CTS）通过聚合插层的方法制备出了壳聚糖/有机蒙脱土（CTS/OMMT）纳米复合材料,用红外光谱（IR）和X射线衍射光谱（XRD）对该材料进行了表征,并将其用于吸附低浓度的亚硝酸盐溶液。实验考察了CTS/OMMT纳米复合材料过程中CTS和OMMT用量以及插层时间对吸附NO₂^-的影响,从而得出制备该材料的原料最佳条件。吸附实验中,考察了温度、pH值对吸附的影响以及该材料对NO₂^-的吸附选择性、饱和吸附量、吸附动力学和吸附热力学。CTS/OMMT纳米复合材料的制备中,CTS和OMMT的用量是影响其吸附NO₂^-。的最大两个主要因素,实验结果表明,CTS/OMMT纳米复合材料对NO₂^-的吸附随着CTS的使用比例增大而增大,CTS和OMMT质量比从0.05上升到0.1时,吸附量上升最快,从0.1到0.2时增幅明显降低,从经济角度考虑,CTS/OMMT纳米复合材料制备过程中CTS和OMMT质量比选择1∶10,制备OMMT过程中,CTAB的加入量对最终制备的CTS/OMMT纳米复合材料的影响也较大,实验结果表明,制备OMMT过程中,随着CTAB和MMT的比例增大,最终制备出的CTS/OMMT纳米复合材料对亚硝酸盐的吸附效果呈现先增大后减小的趋势,当CTAB和MMT质量比为3∶10时所制备的最终材料吸附效果最好,因此研究中制备OMMT的CTAB和MMT的最优质量比选择3∶10,插层时间也是制备该材料的一个主要影响因素,实验结果表明,插层时间为12h时就能达到较好的吸附效果。采用红外光谱（IR）和X射线衍射（XRD）对按照通过原料最佳条件制得的CTS/OMMT纳米复合材料进行了表征,结果表明,部分CTS插层进入到OMMT的层状结构当中,形成了纳米复合材料。在研究温度、pH值对CTS/OMMT纳米复合材料吸附NO₂^-的影响中发现,在弱酸性条件下吸附效果最好,随着pH值接近中性和碱性,吸附效果逐渐降低,但是和弱酸性条件下相差不大,说明该材料对NO₂^-的吸附具有较广的pH值适用范围:在温度的影响上,材料的吸附性能随着温度的升高呈现先增大后减小的趋势,在20℃时吸附效果最好,常温下也表现出较好的吸附效果,吸附过程以化学吸附为主。在比较研究了CTS、OMMT、CTS/OMMT纳米复合材料对2.0mg/L的NO₂^-吸附中发现CTS/OMMT纳米复合材料的吸附效果好于CTS和OMMT的机械组合,经过聚合插层后,CTS的利用率大大提高。CTS/OMMT纳米复合材料对NO₂^-的吸附选择性实验中发现,在存在相同浓度Cl^-、NO₃^-、SO₄^2-和CO₃^2-的NO₂^-溶液中,CTS/OMMT纳米复合材料对NO₂^-的吸附效果基本不变,说明CTS/OMMT纳米复合材料对NO₂^-的吸附具有很好的选择性,同时也说明该材料对NO₂^-的吸附过程以化学吸附为主。对于2.0mg/L的NO₂^-,CTS/OMMT纳米复合材料的最大吸附量大于但接近1.05mg/g,吸附的动力学曲线和等温吸附线分别能较好的拟合一级反应动力学模型和Freundlich等温吸附式,吸附过程是一个放热、自发、熵减的过程。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-10
引言  10-11
1 文献综述  11-25
  1.1 壳聚糖的应用及研究现状  11-16
    1.1.1 壳聚糖的性质  11-12
    1.1.2 壳聚糖及其衍生物在食品、医学中的应用  12-13
    1.1.3 壳聚糖及其衍生物在轻纺工业的应用  13-14
    1.1.4 壳聚糖在环保领域中的应用  14-16
  1.2 聚合物/蒙脱土复合材料的制备及研究现状  16-21
    1.2.1 蒙脱土的结构与性质  16-17
    1.2.2 聚合物/蒙脱土复合材料的制备  17-18
    1.2.3 聚合物/蒙脱土复合材料的应用  18-21
  1.3 亚硝酸盐氮污染处理的研究进展  21-24
    1.3.1 饮用水中NO_2~-的存在及危害  21-22
    1.3.2 亚硝酸盐氮的处理技术  22-24
  1.4 研究目的及内容  24-25
    1.4.1 研究目的  24
    1.4.2 研究内容  24-25
2 实验部分  25-36
  2.1 实验仪器和试剂  25-26
    2.1.1 实验仪器  25-26
    2.1.2 实验试剂  26
  2.2 实验方法  26-36
    2.2.1 钠基蒙脱土相关性能的测定~([GB/T 14505])  26-28
    2.2.2 壳聚糖(CTS)的制备及相关性能的测定  28-29
    2.2.3 蒙脱土的纯化  29
    2.2.4 蒙脱土的有机化处理  29
    2.2.5 CTS/OMMT纳米复合材料的制备  29-31
    2.2.6 CTS/OMMT纳米复合材料的表征方法  31
    2.2.7 NO_2~-离子浓度的测量方法  31-33
    2.2.8 影响CTS/OMMT纳米复合材料吸附NO_2~-的因素考察  33
    2.2.9 不同吸附材料对NO_2~-的吸附比较  33
    2.2.10 CTS/OMMT纳米复合材料对NO_2~-的吸附选择性考察  33
    2.2.11 CTS/OMMT纳米复合材料对NO_2~-的最大吸附量的考察  33-34
    2.2.12 CTS/OMMT纳米复合材料吸附NO_2~-的动力学考察  34
    2.2.13 CTS/OMMT纳米复合材料对NO_2~-的吸附热力学  34-36
3 结果与讨论  36-51
  3.1 原料相关性能的测定  36
  3.2 CTS/OMMT纳米复合材料的制备  36-41
    3.2.1 CTS用量的影响  36-37
    3.2.2 CTAB用量的影响  37-38
    3.2.3 插层反应时间的影响  38-39
    3.2.4 CTS/OMMT纳米复合材料制备的表征  39-41
  3.3 CTS/OMMT纳米复合材料吸附性能  41-51
    3.3.1 pH值对吸附NO_2~-的影响  41-42
    3.3.2 温度对吸附NO_2~-的影响  42
    3.3.3 不同材料对NO_2~-的吸附比较  42-44
    3.3.4 CTS/OMMT纳米复合材料对NO_2~-的吸附选择性实验  44-45
    3.3.5 CTS/OMMT纳米复合材料对NO_2~-的饱和吸附量  45-46
    3.3.6 CTS/OMMT纳米复合材料吸附NO_2~-的动力学  46-48
    3.3.7 CTS/OMMT纳米复合材料吸附NO_2~-的吸附热力学  48-51
结论  51-52
参考文献  52-60
附录A 制备材料所用试剂的物理化学性质  60-62
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  62-63
致谢  63-64

CTS/OMMT纳米复合材料的制备及其对亚硝酸盐的吸附研究

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