过硫酸铵引发壳聚糖与AM及DMAEMA的接枝共聚合成与应用

摘要

现代工业的飞速发展，导致大量重金属废水的产生，这些废水若直接向水体排放，会对局部环境造成严重污染，因此必须进行有效的处理。传统的废水处理方法在重金属废水处理中受到诸多限制，如生物法因重金属毒性问题而很难奏效；吸附法的吸附剂(功能聚合物)费用高；膜分离法的工程投资和运行操作费用高；而大部分传统化学方法在使用时很难达到水质排放标准，且可能产生二次污染隐患等问题。近年来，对重金属离子具有特别选择性、螯合能力强的高分子处理剂研究愈来愈多，尤其是天然高分子壳聚糖因其分子结构上的氨基、羟基均能与金属离子形成配位键而具有极强的螯合能力，逐渐被国内外研究者所重视，部分改性产品已应用于重金属废水的处理。本论文针对壳聚糖在应用中存在的不足，对其进行了化学改性，并对改性后的产物进行了研究。主要研究内容和结论如下： 1)本文以过硫酸铵为引发剂，制备了壳聚糖(CTS)与丙烯酰胺(AM)及甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DMAEMA)的接枝共聚产物，并研究了引发剂浓度、单体用量、反应时间、反应温度、单体滴加时间及过硫酸铵与亚硫酸氢钠投加比例等不同反应条件对壳聚糖与AM及DMAEMA接枝共聚反应的影响。综合考虑接枝率和接枝效率两个考察指标，通过设计均匀实验得到了该反应体系的最佳反应条件为：DMAEMA占单体总量的比例为10％，壳聚糖与单体的最佳比例是1:6，引发剂浓度为2mmol/L，反应温度为50℃，单体(DM)滴加时间为1h，反应时间为1h。 2)采用FTIR光谱分析、X射线衍射分析、电镜分析及粘度分析等多种手段对所制备的吸附剂进行了表征，不同吸附剂的基团特征吸收峰、衍射峰、表面结构及粘度等的变化都证明了丙烯酰胺及甲基丙烯酸二甲氨基乙酯成功地接枝到了壳聚糖分子的主链上。 3)采用单因素试验的方法研究了壳聚糖接枝共聚物对Hg2+、Cr6+、Cu2+、Pb2+及Cd2+的吸附性能，考察了吸附条件(合成壳聚糖接枝共聚物的条件、吸附剂用量、金属离子浓度、吸附时间及溶液的pH值等)对金属离子的去除率和吸附容量的影响。结果表明：①在相同的条件下，研究制备的12号、18号及2号壳聚糖接枝共聚物分别对Hg2+、Cr6+及Pb2+的吸附效果明显，吸附容量较普通壳聚糖吸附剂分别提高了56.31、36.19和26.87mg/g。②重金属去除率随吸附剂用量的增加而增加，对Hg2+、Cr6+、Cu2+、Pb2+及Cd2+的去除率达到最高且趋于平稳时所需改性壳聚糖吸附剂的量分别为：0.3g/L、2.5g/L、1.5g/L、0.5g/L及1.5g/L。③吸附等温曲线表明：改性壳聚糖对Hg2+、Cr6+、Pb2+及Cd2+的吸附行为既符合Langmuir模型又符合Freundlich模型，对Cu2+的吸附只符合Langmuir模型；④吸附动力学表明，改性壳聚糖对Cr6+的吸附速率最大，对Cu2+的吸附速率次之，对Hg2+的吸附速率最小，且均符合二级反应动力学规律。⑤溶液pH值影响吸附剂的吸附效果。对Hg2+、Pb2+的最佳吸附pH值为5.5；对Cr6+、Cu2+及Cd2+的最佳吸附pH值分别为3，4和5。⑥在Hg2+-Cu2+-Pb2+-Cd2+四元混合体系中，2号和14号壳聚糖接枝共聚物能选择吸附Cu2+，其中2号吸附剂几乎不吸附Cd2+：12号壳聚糖接枝共聚物能选择性吸附Hg2+。

目录

文摘

英文文摘

声明

0引言

1文献综述

1.1壳聚糖简介

1.1.1国内外研究进展

1.1.2壳聚糖的来源—甲壳素

1.1.3壳聚糖的制备

1.1.4壳聚糖的结构、性质

1.2壳聚糖吸附金属离子的机理

1.3壳聚糖改性研究及其在重金属废水处理中的应用

1.3.1壳聚糖的物理改性

1.3.2壳聚糖的化学改性

1.4本论文研究的意义和目的

1.5研究方法及技术路线

2改性壳聚糖吸附剂的制备与表征

2.1实验仪器及试剂

2.1.1实验材料及试剂

2.1.2实验仪器和设备

2.2实验原理

2.2.1自由基接枝共聚合反应的基本机理

2.2.2壳聚糖接枝共聚反应的机理

2.3实验方法

2.3.1改性壳聚糖吸附剂的合成方法

2.3.2分析与表征

2.4实验结果与讨论

2.4.1均匀实验设计

2.4.2均匀设计实验

2.5接枝共聚物的结构表征

2.5.1粘度的测定

2.5.2红外光谱分析

2.5.3电镜分析

2.5.4 XRD分析

2.6本章小结

3改性壳聚糖对金属离子吸附性能的研究

3.1实验仪器及试剂

3.1.1实验试剂与材料

3.1.2实验仪器和设备

3.2实验方法

3.2.1吸附容量

3.2.2吸附动力学特性

3.2.3吸附等温线

3.2.4介质酸度对吸附性能的影响

3.2.5吸附选择性的测定

3.3结果与讨论

3.3.1不同吸附剂对金属离子的吸附效果

3.3.2吸附剂用量实验

3.3.3吸附等温曲线实验

3.3.4吸附动力学实验

3.3.5介质酸度对吸附性能影响实验

3.3.6吸附选择性实验

3.4本章小结

4结论与展望

4.1本文结论

4.2论文的创新之处

4.3展望

5附录

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文及个人简历