木质素磁性纳米颗粒的合成及其染料吸附性能的研究

摘要

可溶性有机染料是水污染物的重要组成部分，随着印染工业的快速发展，大量有机染料的排放严重影响了生态环境与人类健康。工业木质素作为造纸工业的副产品，年产量巨大，具有优良的化学性质。将工业木质素转化为染料废水吸附剂，不仅可以实现工业木质素的高附加值利用，同时也可以实现对染料污染的治理。 为了使合成的木质素吸附剂具有较高的染料吸附量和高效的分离性能，本研究运用一种改良的共沉淀合成方法，将木质素及胺基木质素修饰于Fe3O4纳米颗粒表面，制备得到了木质素及胺基木质素修饰的磁性纳米颗粒（lignin and lignin amine modified magnetic nanoparticles,LMNPs与LAMNPs）。通过SEM，XRD，FT-IR，XRD，TGA，VSM等表征手段，得到了纳米吸附剂的化学组成、物理形貌、热稳定性以及磁学性能等重要基础数据。 吸附实验结果表明，LMNPs适合在碱性条件下对阳离子染料亚甲基蓝（MB）进行吸附，MB的吸附去除率可达90%以上；LAMNPs适合在酸性条件下对阴离子染料酸性红73（AS-GR）进行吸附，AS-GR的吸附去除率可达95%以上。同时，根据二者对染料吸附表现出的pH敏感性，选择相反的酸碱条件实现了对吸附染料的脱附以及吸附剂的回收，脱附率分别为50.02%与92.28%。 对吸附数据进行模型拟合，结果表明吸附过程均符合Langmuir吸附等温式，且根据模型参数，得到LMNPs对MB的最大吸附量为211.42mg/g，LAMNPs对AS-GR的最大吸附量为176.49mg/g；且二者的吸附动力学过程适用准二级动力学模型。 研究结果表明LMNPs与LAMNPs对染料的吸附过程具有吸附量大、分离高效、可循环利用等优点，具有作为染料废水吸附剂的应用前景。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 染料废水及其治理办法

1.1.1染料种类

1.1.2 染料废水的来源及危害

1.1.3染料废水的处理方法与研究进展

1.2 木质素简介

1.2.1木质素的来源与种类

1.2.2 木质素的结构与性质

1.2.3 木质素化学改性方法

1.2.4 木质素材料应用现状

1.2.5 木质素吸附材料研究进展

1.3 磁性纳米颗粒的表面修饰

1.3.1 小分子修饰

1.3.2 高分子修饰

1.4 吸附模型

1.4.1吸附热力学模型

1.4.2 吸附动力学模型

1.5 本文研究内容

第2章 木质素修饰磁性纳米颗粒的合成及表征

2.1 前言

2.2 实验药品与仪器

2.2.1实验药品

2.2.2 实验仪器

2.3 制备方法

2.3.1胺基木质素的合成

2.3.2 共沉淀法合成Fe3O4纳米颗粒

2.3.3 木质素修饰磁性纳米颗粒(LMNPs)的合成

2.3.4 胺基木质素修饰磁性纳米颗粒(LAMNPs)的合成

2.4 表征方法

2.4.1傅里叶变换红外光谱仪（FT-IR）

2.4.2 元素分析（EA）

2.4.3 热重分析（TGA）

2.4.4 X射线晶体衍射（XRD）

2.4.5 场发射扫描电子显微镜（FE-SEM）

2.4.6 场发射透射电子显微镜（FE-TEM）

2.4.7 ζ电位分析

2.4.8 振动样品磁强计（VSM）

2.5 胺基木质素表征结果

2.5.1 红外光谱分析

2.5.2 元素分析

2.5.3 热重分析

2.6 LMNPs与LAMNPs表征结果

2.6.1红外光谱分析

2.6.2 XRD分析

2.6.3 形貌学分析

2.6.4 ζ电位分析

2.6.5 热重分析

2.6.6 磁强度分析

2.7 本章小结

第3章 LMNPs对阳离子染料亚甲基蓝的吸附研究

3.1.1实验药品

3.1.2 实验仪器

3.2 实验方法

3.2.1 MB浓度检测方法

3.2.2 染料吸附实验

3.2.3 染料脱附实验

3.3 结果与讨论

3.3.1 pH对MB吸附效果的影响

3.3.2 吸附热力学模型分析

3.3.3 吸附动力学模型分析

3.3.4 染料脱附条件与效果

3.3.5 吸附机理分析

3.4 本章小结

第4章 LAMNPs对阴离子染料酸性红73染料的吸附研究

4.1.1实验药品

4.1.2 实验仪器

4.2 实验方法

4.2.1 AS-GR浓度检测方法

4.2.2 染料吸附实验

4.2.3 染料脱附实验

4.3 结果与讨论

4.3.1 pH对AS-GR吸附效果的影响

4.3.2 吸附热力学模型分析

4.3.3 吸附动力学模型分析

4.3.4 染料脱附条件与效果

4.3.5 吸附机理分析

4.4 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 创新点

5.3 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致 谢