【摘要】：現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展產(chǎn)生了大量含重金屬和染料的廢水,因其污染物不可降解且易通過食物鏈在生物體內(nèi)富集,對環(huán)境和人類生活構(gòu)成了很大的威脅。在當(dāng)前金屬離子和染料廢水的處理方法中,生物吸附法因操作簡單、處理效率高而廣泛應(yīng)用。其中殼聚糖由于具有資源豐富、環(huán)境友好、吸附能力高、擴散性能好、高吸附性和選擇性吸附、易恢復(fù)活性等優(yōu)點,受到廣泛關(guān)注。本論文在對殼聚糖結(jié)構(gòu)特性及修飾改性研究現(xiàn)狀和重金屬及染料廢水處理方法進行充分文獻調(diào)研的基礎(chǔ)上,對殼聚糖進行了接枝改性,并研究了其對重金屬離子和陽離子染料的吸附行為。主要內(nèi)容如下： 1.選用戊二醛為交聯(lián)劑,以液體石蠟為分散劑,Span 80為乳化劑,制備了殼聚糖微球。重點考察了交聯(lián)劑用量對微球形貌的影響,并用掃面電鏡、紅外光譜進行了表征,用差示掃描量熱儀及熱天平測定了殼聚糖交聯(lián)前后的熱力學(xué)性質(zhì)。研究了交聯(lián)殼聚糖對Cd2+、Pb2+、Cu2+、Ag+、Co2+及Zn2+的吸附行為,并用XPS譜對吸附機理進行了探討。結(jié)果表明,交聯(lián)殼聚糖主要利用分子中的-NH2或-OH基團與重金屬離子配位,從而吸附金屬離子。殼聚糖交聯(lián)后由于吸附活性基團-NH2被占據(jù),吸附容量會有不同程度下降,但仍能夠吸附低濃度的重金屬離子溶液。 2.以均苯四甲酸酐為修飾劑,在DMF中與交聯(lián)殼聚糖微球混合,50℃水浴加熱,磁力攪拌下,對交聯(lián)殼聚糖微球表面進行修飾。BET氮氣吸附法測定微球的比表面積降低,說明接枝后微球粒徑增大。紅外光譜和XPS譜表征結(jié)果顯示均苯四甲酸酐成功的接枝到殼聚糖表面。討論了修飾殼聚糖對六種金屬離子Cd2+、Pb2+、Cu2+、Ag+、Co2+及Zn2+的吸附行為,并用Langmuir, Freundlich和Temkin模型對金屬離子的吸附等溫線進行模擬,結(jié)果表明Langmuir模型最適合描述此吸附過程。各個金屬離子的吉布斯自由能ΔGo都為負數(shù),說明金屬離子在修飾殼聚糖微球上的吸附在實驗條件下自發(fā)進行。選用0.2 mol·L-1 EDTA或5%硫脲-0.5 mol·L-1 HCl的溶液為洗脫劑,連續(xù)3次對上述六種金屬離子進行吸附-解吸實驗,循環(huán)三次吸附,解吸率基本都在90%以上。實際水樣處理結(jié)果表明,修飾殼聚糖微球在實際廢水處理中也是可以重復(fù)利用的,且金屬離子的去除效果明顯。 3.制備了交聯(lián)羧甲基殼聚糖,紅外光譜及XPS譜表征結(jié)果顯示,一氯乙酸成功的修飾在交聯(lián)殼聚糖微球的表面。吸附等溫線實驗表明Langmuir吸附模型適合模擬此吸附過程,說明金屬離子在交聯(lián)羧甲基殼聚糖表面的吸附為單分子層吸附。動力學(xué)實驗表明,準(zhǔn)二級方程適合描述此吸附過程,而且吸附劑對三種金屬離子都有著較高的初始吸附速率,處理效率大大提高。同其他吸附劑相比,該吸附劑具有較高的吸附容量,而且具有較好的再生能力,可反復(fù)使用。 4.使用簡單方法制備了聚胺酸修飾殼聚糖微球,采用紅外光譜對聚胺酸修飾殼聚糖進行了表征,同時考查了pH值、吸附時間、濃度、離子強度及溫度等因素對修飾殼聚糖吸附陽離子染料亞甲基藍和中性紅的影響,探討了不同溫度下吸附亞甲基藍和中性紅的熱力學(xué)常數(shù),結(jié)果表明,修飾殼聚糖對亞甲基藍的吸附為放熱反應(yīng),對中性紅的吸附為吸熱反應(yīng)。實際染料廢水處理結(jié)果表明,修飾殼聚糖具有一定的實際應(yīng)用價值。 5.采用熱引發(fā)聚合法合成了聚甲基丙烯酸修飾殼聚糖微球,并用掃描電鏡、紅外光譜、XPS對修飾殼聚糖進行了表征。在選定的最佳條件下,修飾殼聚糖微球?qū)λ姆N陽離子染料：亞甲基藍、中性紅、孔雀石綠和結(jié)晶紫的最大吸附量分別為：1000.00、1062.15、471.70和1401.16 mg·g-1,具有較高的吸附容量。吸附劑的解吸實驗表明,染料分子可以被有效的洗脫,所制備的TiO2溶膠容易通過離心與吸附劑分離,再生后吸附劑對染料吸附容量基本保持不變。酸性的TiO2溶膠作為染料吸附劑的再生劑具有很好的實際應(yīng)用前景。
【學(xué)位授予單位】：武漢大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2009
【分類號】：X703
【圖文】：

2.3.3交聯(lián)殼聚糖的表征2.3.3.1傅立葉紅外光譜(FTIR)圖2一4是殼聚糖與交聯(lián)殼聚糖微球的紅外光譜圖。譜線a中，3420。m一’處寬而強的吸收峰是由O一H和N一H的伸縮振動及分子間氫鍵引起的[’“ ];2883cm一’處為脂肪族碳氫伸縮振動峰;1598。m一，處為酞胺的特征吸收峰;1422和 1381cm一‘附近分別出現(xiàn)6(eHZ)和6(eH3)彎曲振動吸收峰[‘’];一 154，595。m一‘處為刀糖營鍵的特征吸收峰;1087。m一’處為殼聚糖中伯輕基和仲輕基的C一O的伸縮振動吸收峰【’”，’”】。戊二醛交聯(lián)后，殼聚糖微球的整體吸收峰位置無大的改變，如圖所示，

圖24殼聚糖和交聯(lián)殼聚糖的紅外光譜圖a:殼聚糖;b:交聯(lián)殼ig.2一FTIRsPeetraof(a)ehitosanand(b)erosslinkedehitosan而erosPh分析(TG瓜SC)

Fig.2一ST幾 DTGandDSCeurvesofCTS(a)andGLA一CTS(b)2.3.4吸附時間的影響吸附動力學(xué)實驗的目的就是要了解吸附反應(yīng)的速率及其影響因素。圖2一6是交聯(lián)殼聚糖對不同濃度的ed，+、Pb，+、eu，+、Ag+、eoZ+及znZ+的吸附動力學(xué)曲線，由圖可知吸附反應(yīng)的初速度很快，在吸附反應(yīng)的前 10min內(nèi)，完成了將近95%總量的吸附，隨著吸附時間的延長，吸附的速率逐漸降低，最后趨于平衡。這主

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本文編號：2783653