改性木薯淀粉重金属螯合剂的合成及其应用

摘要

目前生态环境日趋严重，其中重金属的污染已经引起高度重视。重金属迁移到进入水体和土壤后会进入食物链，最终会被动物及人群中吸收、富集最终可导致中毒、甚至死亡。因此，研究有效去除重金属污染的处理技术我国重金属污染地区环境治理的紧迫需求。
　　 本文以木薯淀粉为原材料，与甲基丙烯酸缩水甘油酯发生接枝反应，通过抽提后得到纯接枝产物。利用纯接枝产物与二乙烯三胺反应得到胺化淀粉即目标产物——改性木薯淀粉重金属螯合剂。研究了接枝淀粉和胺化淀粉的合成反应条件;考察了改性木薯淀粉重金属螯合剂对Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的动力学吸附类型以及对Cu(Ⅱ)的等温吸附模型;探讨不同价态离子在单一状态和混合状态下，系统pH值条件对螯合剂吸附不同价态重金属离子的影响;分析了螯合沉淀产物的酸碱溶出性以及螯合重金属的吸附机理。
　　 其研究结果表明:在合成改性木薯淀粉重金属螯合剂中，合成接枝淀粉最佳件下，接枝淀粉的G％为63.2％，GE％为99.95％，EV为4.03mmol/g。合成胺化淀粉最佳条件中的氮含量最高为6.2％，及其吸附容量也是最大的为38.4 mg/g。改性木薯淀粉重金属螯合剂对Cu(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)的动力吸附模型更符合准二级动力学规律;Cu(Ⅱ)的等温吸附模型更符合Langmuir等温吸附单分子层吸附理论，并且该吸附属于吸热反应。不同价态重金属Cu(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)离子共存时候比单一存在的吸附性能都高，这可能是离子的共存反而增加了离子的反应活性，既存在竞争作用也会存在协同作用。改性木薯淀粉重金属螯合吸附Cu(Ⅱ)的沉淀产物容易被pH小于2的条件下容易被解吸，但在弱酸(pH≥4)和碱性条件下，螯合产物比较稳定。结果表明该产物在自然环境中较稳定不易被解吸重新进入环境，而在强酸条件下的解吸现象也为螯合剂的回收提供基础。通过元素能谱分析发现改性木薯淀粉螯合剂与重金属离子的结合方式属于配位结合，其实际配位比值符合理论值，螯合剂与Cu(Ⅱ)的配位比为4∶1，与Cr(Ⅵ)的配位数比为6∶1。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 重金属废水的污染及危害

1．2 重金属废水的处理技术

1．2．1 中和沉淀

1．2．2 硫化物沉淀

1．2．3 铁氧化沉淀法

1．2．4 电化学法

1．2．5 光催化法

1．2．6 高分子重金属螯合剂法

1．2．7 膜分离法

1．2．8 物理吸附法

1．2．9 生物法

1．3 改性淀粉螯合剂在国内外研究进展

1．3．1 胺基淀粉

1．3．2 羧甲基淀粉

1．3．3 淀粉黄原酸酯

1．3．4 丙烯酰胺改性淀粉

1．3．5 两性淀粉

1．3．6 二硫代氨基甲酸盐改性淀粉

1．4 课题研究目的及主要内容

1．4．1 研究意义和目的

1．4．2 研究主要内容

第二章 改性木薯淀粉重金属螯合剂的合成

2．1 仪器与药品

2．1．1 实验仪器

2．1．2 主要药品试剂

2．2 实验原理

2．3 实验方法

2．3．1 接枝淀粉的合成方法

2．3．2 产物的提纯

2．3．3 改性木薯淀粉重金属螯合剂的合成方法

2．4 实验分析方法

2．4．1 接枝率的测定和接枝效率的测定

2．4．2 环氧值的测定

2．4．3 总氮的测定

2．4．4 Cu2+浓度的测定

2．4．5 产物螯合吸附容量的测定

2．4．6 产物的红外光谱分析(FT-IR)和X—射线衍射

2．5 结果与分析

2．5．1 反应条件对接枝效果的影响

2．5．2 各反应因素对胺化反应的影响

2．6 产物的红外光谱(FT-IR)分析和X-衍射射线分析(XRD)分析

2．6．1 产物的红外光谱分析

2．6．2 产物的X-衍射射线分析

2．7 本章小节

第三章 改性木薯淀粉重金属螯合剂对重金属的应用

3．1 溶液的配置

3．1．1 重金属离子标准溶液的配置

3．1．2 酸碱溶液的配置

3．2 吸附重金属实验

3．2．1 吸附重金属离子的操作方法

3．2．2 重金属离子浓度分析

3．2．3 吸附动力学

3．2．4 等温吸附

3．2．5 螫合剂螯合重金属产物的耐酸碱溶出特性操作

3．2．6 重金属螯合物的能谱分析

3．3 结果与讨论

3．3．1 改性木薯淀粉重金属螯合剂考察pH对重金属离子Cu(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的吸附影响

3．3．2 吸附动力学

3．3．3 等温吸附模型

3．3．4 改性木薯淀粉螯合剂对混合重金属离子吸附能力的比较研究

3．3．5 改性木薯淀粉螯合剂螯合重金属沉淀产物的酸碱溶出特性研究

3．3．6 改性木薯淀粉螯合剂螯合机理的探讨

3．4 结论

第四章 结论和建议

4．1 结论

4．2 创新点

4．3 建议

参考文献

致谢

硕士期间发表论文