磁性壳聚糖改性硅藻土吸附去除水中Pb2+和刚果红的研究

摘要

本实验以壳聚糖、硅藻土和Fe3O4作为原料，采用共沉淀法制备出能够快速固液分离的磁性壳聚糖改性硅藻土(MCMD)。采用SEM、XRD、FTIR、VSM等方法对MCMD的微观结构进行表征。实验探究了壳聚糖、硅藻土和Fe3O4三者的最佳配比，并将MCMD用于含铅和含刚果红模拟废水的静态吸附实验。考察了溶液初始pH、吸附剂投加量、接触反应时间、溶液初始浓度以及共存离子对吸附效果的影响，进行了MCMD的再生性能以及去除Pb2+和刚果红的动力学和热力学实验，并探究了相关吸附机理。
　　复合吸附剂的表征结果表明:壳聚糖和Fe3O4成功负载到硅藻土上面。复合吸附剂比硅藻土表面变得更加粗糙，比表面积增大。复合吸附剂的X射线衍射图谱中明显多出了Fe的特征峰，而傅里叶变换红外光谱图谱则表明三种原料之间发生了Fe-O键伸缩振动和氨基的质子化振动。复合吸附剂的饱和磁化强度达到了14.59emu/g，在水溶液中能够达到快速固液分离。吸附剂的等电点为7.01。
　　制备实验表明，壳聚糖、硅藻土与Fe3O4的最佳配比是0.5∶10∶2.5。复合吸附剂对Pb2+的吸附实验表明:吸附最佳pH为5。当pH为5，采用50mL初始浓度为10 mg/L，吸附剂投加量为0.5g时，Pb2+的去除率能够达到96.3％。共存阳离子存在时会抑制吸附反应的进行，抑制作用随着阳离子浓度的增大而增大，且抑制程度为:Mg2+＞Na+＞K+。复合吸附剂对刚果红的吸附实验表明:吸附最佳pH也为5。当pH为5，并向50mL初始浓度为50mg/L的刚果红溶液中投加吸附剂0.08g时，刚果红的去除率能够达到97.04％。共存阴离子存在时会抑制吸附反应的进行，且抑制程度为:SO42-＞Cl-＞NO3-。再生实验表明:采用NaOH作为再生液，经过三次再生，复合吸附剂对Pb2+和刚果红的去除率分别为44.76％和56.13％。
　　动力学研究表明:复合吸附剂对Pb2+和刚果红的吸附均符合准二级动力学模型，且吸附反应分别在540min和120min时达到吸附平衡。热力学研究表明:复合吸附剂对Pb2+和刚果红的吸附均符合Langmuir吸附等温模型，且吸附量随着温度的升高而增大。热力学参数表明:复合吸附剂对Pb2+和刚果红的吸附是自发、吸热的过程。
　　吸附机理探究表明，复合吸附剂对Pb2+和刚果红的吸附主要是静电引力作用。
　　本实验制备出的复合吸附剂对Pb2+和刚果红具有一定的吸附能力，而且在外部磁场作用下能够从水溶液达到快速固液分离，具有较好的使用价值。

目录

声明

摘要

插图索引

附表索引

第1章 绪论

1．1 含铅废水概述及其处理方法

1．1．1 化学沉淀法

1．1．2 离子交换法

1．1．3 膜分离法

1．1．4 电解法

1．1．5 吸附法

1．2 染料废水概述及其处理方法

1．2．1 染料废水污染现状、特点及危害

1．2．2 染料废水的处理方法

1．3 吸附理论概述

1．3．1 吸附的分类

1．3．2 吸附的影响因素

1．3．3 吸附动力学模型

1．3．4 吸附等温线与吸附热力学模型

1．4 硅藻土概述

1．4．1 硅藻土简介

1．4．2 硅藻土及其改性产物在水处理领域的应用

1．5 壳聚糖概述

1．5．1 壳聚糖简介

1．5．2 壳聚糖及其改性产物在水处理领域中的应用

1．6 磁分离技术概述

1．7 课题的提出和研究内容

1．7．1 课题的研究背景与意义

1．7．2 课题的研究内容及主要技术路线

1．7．3 课题的创新点

第2章 实验材料及方法

2．1 实验试剂及仪器设备

2．1．1 实验试剂和溶液

2．1．2 实验仪器设备

2．2 实验方法

2．2．1 静态吸附实验方法

2．2．2 再生实验方法

2．3 Pb2+和刚果红的测定

2．3．1 pb2+的测定方法

2．3．2 刚果红的测定方法

2．4 表征方法

2．4．1 扫描电子显微镜

2．4．2 X射线衍射

2．4．3 傅里叶变换红外光谱

2．4．4 磁学性能

2．4．5 等电点

第3章 吸附剂的制备优化与表征

3．1 MCMD复合吸附剂的制备

3．2 MCMD复合吸附剂制备影响因素的研究

3．2．1 壳聚糖与硅藻土配比的影响

3．2．2 Fe3O4与硅藻土配比的影响

3．2．3 硅藻土与MC加对pb2+吸附效果对比

3．3 MCMD复合吸附剂的表征结果

3．3．1 扫描电镜分析

3．3．2 X射线衍射分析

3．3．3 傅里叶变换红外光谱分析

3．3．4 磁学性能分析

3．3．5 等电点分析

3．4 本章小结

第4章 MCMD吸附去除Pb2+的研究

4．1 MCMD吸附pb2+的静态实验

4．1．1 溶液初始pH的影响

4．1．2 吸附剂投加量的影响

4．1．3 pb2+初始浓度的影晌

4．1．4 接触反应时间的影响

4．1．5 共存阳离子的影响

4．2 MCMD吸附pb2+的动力学和热力学研究

4．2．1 吸附动力学研究

4．2．2 吸附热力学研究

4．3 MCMD再生性能探究

4．3．1 再生液浓度的影响

4．3．2 再生次数的影响

4．4 MCMD对pb2+的吸附机理探讨

4．4．1 吸附前后X射线衍射(XV,D)的结果与讨论

4．4．2 吸附前后傅里叶变换红外光谱(FTIR)的结果与讨论

4．5 本章小结

第5章 MCMD吸附去除刚果红的研究

5．1 MCMD静态吸附刚果红的实验

5．1．1 溶液初始pH的影响

5．1．2 吸附剂投加量的影响

5．1．3 刚果红初始浓度的影响

5．1．4 接触反应时间

5．1．5 共存阴离子的影响

5．2 MCMD吸附刚果红的动力学和热力学探究

5．2．1 吸附动力学研究

5．2．2 吸附热力学研究

5．3 MCMD再生性能探究

5．3．1 再生液浓度的影响

5．3．2 再生次数的影响

5．4 MCMD复合吸附剂吸附刚果红的机理探究

5．4．1 吸附前后X射线衍射(XRD))的结果与讨论

5．4．2 吸附前后傅里叶变换红外光谱(FTIR)的结果与讨论

5．5 本章小结

结论与建议

结论

建议

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间所发表的学术论文