磁性壳聚糖/膨润土复合吸附剂的制备及其吸附Cu2+的研究

摘要

本研究以膨润土、壳聚糖、Fe3O4微粒为原料，制备了在外加磁场下能实现快速固液分离的磁性壳聚糖/膨润土复合吸附剂。利用SEM、XRD、FTIR、磁强计等分析手段，对复合吸附剂的形貌及微观结构进行了表征。结果表明，复合吸附剂的最佳制备工艺条件为：壳聚糖与膨润土质量比=1:10，Fe3O4与膨润土质量比=1:10，壳聚糖溶液pH值=6.0，反应时间=6h、反应温度=50℃。通过比表面分析仪测得复合吸附剂和膨润土的比表面积分别为32.51m2/g和27.74m2/g，结合扫描电镜分析可知复合吸附剂较提纯膨润土具有更多的微孔结构。通过 XRD测试可知，复合吸附剂对应的晶体层间距由提纯膨润土的1.46nm增大至1.60nm，表明壳聚糖可能已插层进入膨润土层间。通过 FTIR分析可知，复合吸附剂制备过程中壳聚糖与膨润土发生了键合反应。此外，通过振动样品磁强计分析可知，复合吸附剂的饱和磁强度达到87.30emu/g，这表明复合吸附剂在外加磁场的作用下能够实现快速固液分离。
　　对复合吸附剂进行静态吸附实验，以考察各个反应条件对其吸附 Cu2+的影响。结果表明：吸附过程受pH值影响较大，Cu2+的去除率随pH值和吸附剂投加量的增加而逐渐升高，并最终趋于稳定。当吸附剂投加量为7.2g/L、pH值为6.0、Cu2+初始浓度为30mg/L时，Cu2+的去除率可达98.51％，达到国家规定的污水综合排放标准的要求。复合吸附剂对Cu2+的吸附在前5min去除率可以达到91.84%，6h时吸附基本达到平衡。共存离子对Cu2+去除率干扰的顺序依次为：Mg2+＞K+＞Na+，且Cu2+去除率随共存离子浓度的增加而逐步降低。
　　复合吸附剂对Cu2+的吸附动力学和等温吸附数据分别较好地符合准二级动力学模型和Langmiur吸附等温模型；此外，通过计算得到吸附反应活化能 Ea为26.02kJ/mol，可以初步判定复合吸附剂对Cu2+的吸附类型属于化学吸附。熵变ΔS=50.38kJ/mol·K，焓变ΔH=11.61kJ/mol＞0，吉布斯能变ΔG＜0，由ΔH＞0和ΔG＜0可知吸附反应为自发、吸热的过程。
　　复合吸附剂吸附Cu2+的机理研究表明，复合吸附剂主要依靠离子交换反应去除溶液的Cu2+。

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第1章 绪论

1.1 含铜废水概述

1.2 含铜废水处理方法

1.3 吸附理论概述

1.4 膨润土概述

1.5 壳聚糖概述

1.6 壳聚糖/膨润土复合吸附剂概述

1.7 磁分离技术概述

1.8 课题研究意义与内容

第2章 实验材料与方法

2.1 实验主要原料、试剂与仪器设备

2.2 实验方法

2.3 Cu2+浓度的测定

第3章 复合吸附剂的制备及表征

3.1 膨润土的物化性能

3.2 复合吸附剂制备工艺条件研究

3.3 复合吸附剂的表征结果及分析

3.4 本章小结

第4章 复合吸附剂吸附Cu2+的影响因素及再生研究

4.1 复合吸附剂静态吸附Cu2+实验

4.2 复合吸附剂再生实验

4.3 本章小结

第5章 复合吸附剂吸附Cu2+的动热力学与机理探讨

5.1 复合吸附剂吸附Cu2+动力学研究

5.2 复合吸附剂吸附Cu2+热力学研究

5.3 吸附机理探讨

5.4 本章小结

结论与建议

结论

建议

参考文献

致谢

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