壳聚糖-金属配合物无纺布的制备及其对染料和痕量四环素的吸附研究

摘要

在工业化和城市化迅猛发展的今天，越来越多的污染物通过工业废水和生活污水等途径进入到环境水体中来，不但对人们的用水安全构成了新的威胁，同时也对现有的水污染控制技术提出了新的挑战。在可持续发展的基础上，开发一类易于回收和更换、适用于联合处理、经济且环境友好的高容量吸附剂是目前环境工作者亟待解决的重要问题。因此，本文根据污染物的不同类型针对性地制备了壳聚糖-金属配合物无纺布吸附材料，并设计构建了一类适合于无纺布吸附材料的套筒结构吸附装置，研究了其对水体中染料和痕量四环素污染物的吸附性能。主要研究内容如下：
　　(1)针对壳聚糖类粉末吸附材料难以分离及回用的不足，选用大面积壳聚糖无纺布作为吸附材料，并构建了一类适用于无纺布类吸附材料的套筒结构吸附装置，用以固定及最大限度地展开无纺布吸附材料。测试了该装置对染料C. I.Acid Red73废水的处理性能，探讨了壳聚糖无纺布对染料废水吸附去除过程中壳聚糖无纺布的用量、处理时间、染料初始浓度以及体系pH的影响。结果表明对2L100mg/L的染料去除效果最佳条件为：壳聚糖无纺布质量在4~8 g之间，处理时间在90~120 min之间，废水pH在3~7范围之间。同时，在该装置条件下，壳聚糖无纺布易于分离回用。此外，通过 SEM、XRD及 XPS一系列表征手段，揭示了壳聚糖无纺布对染料的吸附主要机制与普通壳聚糖基吸附材料相似，主要由质子化的氨基与染料分子的阴离子基团通过静电作用结合实现。
　　(2)对壳聚糖无纺布进行了铝活性组分的修饰，制备获得一类具备高效吸附能力的铝沉积壳聚糖无纺布吸附材料。吸附测试结果表明，0.5 mmol/L的A1(NO3)3修饰壳聚糖无纺布能达到最佳吸附效果，并且铝沉积壳聚糖无纺布能够通过 Al3+离子和染料分子的鳌合作用来增加其对染料的吸附能力。在该体系中，铝沉积壳聚糖无纺布对染料的吸附可以在比较宽的pH范围内（3~10）实现，并且最大吸附容量达260.03 mg/L。此外，所制备的吸附材料的回用再生性能、共存离子的影响以及对其它有机染料吸附效果的实验研究表明：将铝沉积壳聚糖无纺布固定在上述吸附装置中对染料污染物的吸附去除技术上是可行的，这也提供了染料废水处理实际应用的新思路。
　　(3)针对痕量四环素污染物，筛选及制备了锌活性组分修饰的壳聚糖无纺布吸附材料，并测试了其对水中痕量四环素的吸附性能。研究结果表明，修饰过程中，选用ZnCl2盐的效果最佳，Zn2+适宜浓度为0.005 mol/L反应时间12 h。准二级动力学模型能更好的描述锌沉积壳聚糖无纺布对四环素的吸附过程；四环素初始浓度在0~5×10-4 mol/L时，锌沉积壳聚糖无纺布吸附痕量四环素的吸附等温线符合Langmuir-Freundlich等温方程，且最大吸附容量qe为7.785 mg/g；当Ce=4×10-4~1×10-5mol/L时，吸附容量与平衡浓度呈线性关系，符合亨利定律。SEM和EDS表征分析表明锌沉积壳聚糖无纺布对痕量四环素吸附的主要机制为Zn2+和四环素分子上O和N孤对电子的结合。
　　(4)研究了过渡金属离子对金霉素和四环素的荧光增敏效果，结合第三部分研究成果，提出了一类具有荧光指示性能的可视化抗生素吸附装置。结果表明，壳聚糖-锌配合物无纺布吸附剂富集四环素后，在紫外灯（365 nm）照射下，荧光颜色由蓝紫色光转变为黄绿色光，且随着四环素富集量的增加荧光强度增强，可有效判断痕量抗生素在无纺布吸附材料表面的富集程度，起到了良好的可视化指示作用。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 壳聚糖简介

1.3 壳聚糖的化学改性研究进展

1.4 壳聚糖在染料废水中的研究进展

1.5 壳聚糖在含四环素类抗生素废水中的应用

1.6 研究意义，内容和技术路线

第二章 壳聚糖无纺布吸附装置的构建及其对染料污染物的去除

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 铝沉积壳聚糖无纺布材料的制备及其对染料污染物的去除

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 锌沉积壳聚糖无纺布材料的制备及其对痕量四环素的去除

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

第五章 四环素类抗生素-金属离子荧光特性研究

5.1 引言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 研究结论

6.2 研究展望

参考文献

附录I 攻读学位期间的研究成果目录

致谢