三种壳聚糖对海水溴离子的吸附性能研究

摘要

溴素是重要的化工原料之一，溴素及其衍生的溴化物在国民经济和科技发展中有着特殊的价值。海水中溴的浓度过低限制了直接采用现有生产技术制备溴素，因此，需要通过吸附方法对海水的溴进行浓缩。本研究以三种壳聚糖为吸附剂，研究了它们对海水中Br-的吸附性能，并分析了海水溴素预浓缩的可行性。 研究中，首先对文献报道较多的海水中Br-动态分光光度测定法和H2O2氧化——萃取光度测定法进行了比较。从测定结果的准确性、操作的难易程度以及避免使用CCl4等有毒化学品方面考虑，采用动态分光光度法优于H2O2氧化——萃取光度法。 以壳聚糖作为吸附剂进行Br-浓度100mg·L-1水溶液的静态吸附试验，探讨了壳聚糖的脱乙酰度、搅拌时间、吸附剂用量、pH值、温度对Br-吸附性能的影响，由此得到壳聚糖对Br-的最佳吸附条件为：脱乙酰度95％，壳聚糖与水溶液的质量体积比为10g·L-1，搅拌时间20min，溶液pH值为6.0，吸附温度为20℃。在此基础上，根据吸附等温线确定吸附过程较符合Langmuir吸附等温线，在优化的吸附条件下，壳聚糖对人工配制的含溴溶液(100mg·L-1)和海水样品(53.54mg·L-1)的吸附率分别为17.20％和13.75％，壳聚糖对人工配制的含溴溶液中Br-的最大吸附容量为2.954 mg·g-1。 随后，通过正交试验对硝酸镧改性壳聚糖的制备过程进行优化，并以其作为吸附剂，研究了吸附剂用量，时间，溶液pH，温度对人工配制的含溴溶液(100mg·L-1)中Br-吸附性能的影响，以优化吸附条件，在此基础上确定吸附容量和吸附类型，并对其吸附海水样品Br-的效果检验。最后研究了海水共存阴离子和离子强度对硝酸镧改性壳聚糖吸附Br-的影响。结果表明，制备硝酸镧改性壳聚糖的最优条件为：壳聚糖脱乙酰度为85％，壳聚糖用量为0.4g，硝酸镧用量为2g(即壳聚糖与硝酸镧的质量比为1:5)，搅拌时间为8h。硝酸镧改性壳聚糖对Br-的最佳吸附条件为：吸附剂与水溶液的质量体积比为20g·L-1，搅拌时间20min，溶液pH值为5.0，吸附温度根据实际情况可选择10℃～20℃。这种改性壳聚糖对淡水中Br-的吸附过程采用Langmuir等温线和Freundlich等温线描述均可。对人工配制的含溴溶液(100mg·L-1)和海水样品(53.54mg·L-1)中Br-的吸附率分别为67.78％和24.99％，对人工配制的溶液中Br-的最大吸附容量为8.396mg·g-1。海水中大量的Cl-、SO42-及其高离子强度对硝酸镧改性壳聚糖吸附Br-有显著影响。其中，海水的高离子强度导致镧离子脱落，使吸附剂结合Br-的位点减少，导致硝酸镧改性壳聚糖对Br-的吸附量大大降低。 基于上述问题，考虑采用交联法对硝酸镧改性壳聚糖进行处理，制备负载硝酸镧的改性壳聚糖微球。通过交联处理，吸附剂上的结合镧离子的位点增加，吸附效率提高。通过正交试验对微球制备过程进行优化，并研究了吸附剂用量、时间、溶液pH值、温度对微球吸附海水Br-的影响，由此得到最佳吸附条件，确定吸附容量和吸附类型。结果表明，制备负载硝酸镧的改性壳聚糖微球的最优条件为：在100ml2％的乙酸溶液中溶解2g壳聚糖，将混合液滴入多聚磷酸钠浓度为1g·L-1的溶液中，交联成球；将微球用双蒸水清洗至中性，置于50ml1mol/L的氢氧化钠溶液和0.1ml环氧氯丙烷的混合液中，于70℃下交联2h；双蒸水再次清洗至中性后，加入50ml La3+浓度为0.25 mol/L溶液反应10h，清洗后冷冻干燥。负载硝酸镧的改性壳聚糖微球对海水Br-的最佳吸附条件为：吸附剂与海水样品的质量体积比为8g·L-1，搅拌时间40min，溶液pH值为7.0，吸附温度根据实际情况可选择10℃～20℃。负载硝酸镧的改性壳聚糖微球吸附海水Br-过程符合Langmuir等温线。微球对海水Br-的吸附率为32.53％，最大吸附容量为2.3403 mg·g-1。通过红外光谱分析可知，与前两种吸附剂相比，微球在1083.7cm-1处-C-O伸缩振动特征峰显示出更为宽大的吸收峰，主要因为微球交联后仲羟基数量增加，配位的镧离子数量增多，有利于提高微球对海水Br-的吸附率。 利用壳聚糖吸附海水溴素的研究还处于初级阶段，国内外相关文献还未见相关报道。本研究对三种壳聚糖吸附海水Br-的性能进行了探索。结果表明：三种吸附剂对海水Br-有一定的吸附作用，其中负载硝酸镧的改性壳聚糖微球对海水Br-的吸附效果最好，在浓缩海水溴素方面，展现出一定的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

声明

1.前言

1.1溴素的分布和应用

1.2国内外现行的提溴技术及其原理

1.2.1水蒸汽蒸馏法

1.2.2空气吹出法

1.2.3连续双过程真空提溴法生产工艺

1.2.4液膜法

1.2.5气态膜法

1.2.6溶剂萃取法

1.2.7吸附法

1.3我国溴素提取技术的发展方向

1.4壳聚糖及其在物质分离中的应用

1.4.1壳聚糖的来源和结构

1.4.2壳聚糖作为吸附剂用于物质分离研究现状

1.5本研究主要目的与内容

1.5.1研究目的

1.5.2研究内容

参考文献

2.海水溴离子测定方法选择

2.1引言

2.2材料与方法

2.2.1材料

2.2.2仪器

2.3方法

2.3.1 H2O2氧化--萃取光度法

2.3.2动态分光光度法

2.4结果与讨论

2.5小结

参考文献

3.壳聚糖对海水溴离子的吸附性能研究

3.1引言

3.2材料与方法

3.2.1材料

3.2.2方法

3.3结果与讨论

3.3.1壳聚糖脱乙酰度

3.3.2搅拌时间

3.3.3壳聚糖用量

3.3.4溶液pH值

3.3.5体系温度

3.4壳聚糖对水中溴离子的吸附类型

3.5壳聚糖对海水样品中溴离子吸附效果检验

3.6小结

参考文献

4.硝酸镧改性壳聚糖的制备及其对海水溴离子的吸附性能研究

4.1引言

4.2材料与方法

4.2.1材料

4.2.2硝酸镧改性壳聚糖的制备

4.2.3硝酸镧改性壳聚糖的表征

4.2.4硝酸镧改性壳聚糖对Br-吸附条件的优化

4.2.5溶液中Br-的吸附率

4.2.6吸附容量的确定

4.2.7绘制吸附等温线和判断吸附类型

4.2.8硝酸镧改性壳聚糖对海水Br-的吸附效果检验

4.2.9海水中共存阴离子对硝酸镧改性壳聚糖吸附Br-的影响

4.2.10海水离子强度对硝酸镧改性壳聚糖镧离子脱落的影响

4.3结果与讨论

4.3.1硝酸镧改性壳聚糖制备条件的优化

4.3.2硝酸镧改性壳聚糖的表征

4.3.3硝酸镧改性壳聚糖对Br-的吸附条件优化

4.4硝酸镧改性壳聚糖对水中溴离子的吸附类型

4.5硝酸镧改性壳聚糖对海水样品中溴离子的吸附效果检验

4.6海水共存阴离子对硝酸镧改性壳聚糖吸附溴离子的影响

4.6.1海水中Cl-对Br-吸附的影响

4.6.2海水中SO2-4对Br-吸附的影响

4.6.3海水中F-、I-和NO3-对Br-吸附的影响

4.7海水离子强度对镧离子脱落程度的影响

4.8小结

参考文献

5.负载硝酸镧的壳聚糖微球对海水溴离子的吸附性能研究

5.1引言

5.2材料与方法

5.2.1材料

5.2.2仪器

5.2.3负载硝酸镧的壳聚糖微球制备

5.2.4负载硝酸镧的壳聚糖微球的表征

5.2.5负载硝酸镧的壳聚糖微球对海水中Br-吸附条件的优化

5.2.6溶液中Br-的吸附率

5.2.7对海水中Br-的吸附容量

5.2.8绘制吸附等温线和判断吸附类型

5.3结果与讨论

5.3.1负载硝酸镧的壳聚糖微球的最佳制备条件

5.3.2负载硝酸镧的壳聚糖微球的表征

5.3.3负载硝酸镧的壳聚糖微球对海水Br-的适宜吸附条件

5.4负载硝酸镧的壳聚糖微球对海水溴离子的吸附类型

5.5小结

参考文献

6.总结

6.1主要结论

6.2今后的研究方向

致谢

个人简历及在学期间发表的学术论文