新型多功能螯合纤维的制备、表征及其对重金属离子吸附性能的研究

摘要

随着现代科技和工业的快速发展，工业废水特别是重金属废水的排放剧增，伴随而来的重金属污染问题也日益加剧。重金属是一种对生态环境危害极大的污染物，一旦进入水体或土壤，就难以去除，而对于人类即使是痕量的接触量，也可能带来发育滞后、各种癌症、肾损害，甚至是死亡。目前对重金属的处理方法主要有化学沉淀、絮凝、化学氧化还原、电化学、离子交换、吸附等，但这些方法都存在带来二次污染、造价昂贵等缺陷，因此，寻找一种价格低廉、有效环保的去除水体中重金属离子方法非常有必要。
　　螯合纤维因为其优良的特性被认为是最具有应用推广价值的新型吸附材料，本文通过对聚丙烯腈纤维改性得到了两种含有不同功能性基团的螯合纤维，并通过红外光谱对各功能性基团进行了表征确认。通过对Cu2+的吸附实验，考察了不同影响因素如pH、吸附时间、初始浓度和温度对吸附性能的影响，确定了最优实验参数。实验结果表明，两种螯合纤维对Cu2+都具有很好的吸附效果。通过对两种螯合纤维吸附Cu2+的实验数据进行动力学拟合，发现吸附动力学均符合准二级反应，硫代酰胺纤维吸附过程的控制步骤为颗粒扩散控制，而异羟肟酸纤维为化学吸附与颗粒扩散共同控制，但以化学吸附为主。通过对吸附平衡等温线进行拟合，发现两种螯合纤维对Cu2+的吸附均符合Langmuir等温吸附模型，说明吸附过程为单分子层吸附。通过吸附热力学计算结果显示，两种螯合纤维吸附过程的ΔH＞0，ΔG＜0，证明两种螯合纤维对Cu2+吸附过程都为自发的吸热反应。脱附再生实验表明，这两种螯合纤维都拥有很好的再生性，能被有效地再生重复使用至少6次。
　　通过中试放大实验，模拟了异羟肟酸纤维吸附重金属离子在实际应用过程中的各项参数，从而发现异羟肟酸纤维是一种环境友好，具有高吸附性能，并可重复使用的吸附材料，可有效去除废水中的重金属离子，适合推广到实际应用中去。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 重金属的污染与危害

1．3 重金属的处理方法

1．3．1 化学法

1．3．2 物理化学法

1．3．3 生物法

1．4 螫合纤维概述

1．4．1 胺肟型螫合纤维

1．4．2 含S螫合纤维

1．4．3 含P螯合纤维

1．4．4 氨基螯合纤维

1．5 本论文的研究内容及意义

第二章 硫代酰胺纤维的制备表征及其吸附性能研究

2．1 前言

2．2 试剂与仪器

2．3 实验部分

2．3．1 硫代酰胺纤维的制备

2．3．2 硫代酰胺纤维对水溶液中Cu2+的吸附实验

2．3．3 硫代酰胺纤维的再生重复实验

2．4 结果与讨论

2．4．1 硫代酰胺纤维的红外光谱分析

2．4．2 吸附条件的影响

2．4．3 吸附动力学研究

2．4．4 吸附平衡等温线研究

2．4．5 吸附热力学研究

2．4．6 硫代酰胺纤维再生性能研究

2．5 本章小结

第三章 异羟肟酸纤维的制备及其吸附性能的研究

3．1 引言

3．2 试剂与仪器

3．3 实验部分

3．3．1 异羟肟酸纤维的制备

3．3．2 异羟肟酸纤维对水溶液中Cu2+的吸附实验

3．3．3 异羟肟酸纤维的再生重复实验

3．3．4 对实际废水的吸附实验

3．4 结果与讨论

3．4．1 异羟肟酸纤维的红外光谱分析

3．4．2 吸附条件的影响

3．4．3 吸附动力学研究

3．4．4 吸附平衡等温线研究

3．4．5 吸附热力学研究

3．4．6 异羟肟酸纤维的再生性能

3．5 对实际废水的吸附实验

3．6 本章小结

第四章 中试放大实验

4．1 前言

4．2 试剂与仪器

4．3 实验部分

4．3．1 中试放大实验

4．3．2 解吸与再生实验

4．3．3 对实际废水的吸附实验

4．4 结果与讨论

4．4．1 中试放大实验研究

4．4．2 解吸与再生研究

4．4．3 对实际废水的吸附研究

4．5 本章小结

第五章 总结

参考文献

致谢

附录 (攻读学位期间的主要成果)

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