磁性壳聚糖改性以及对金属离子的吸附特性研究

摘要

磁性壳聚糖对金属离子有良好的吸附性能，适于大规模吸附，传质速率快，易于分离和改性。本课题考察了氨基化、硫基化及羧甲基化改性磁性壳聚糖对不同金属离子的吸附特性。从磁性吸附、模板吸附、纳米吸附和多组分吸附等多层次研究了改性磁性壳聚糖对金属离子的吸附特性。 利用反相交联法制备磁性壳聚糖微球，并经硫脲改性（TMCS）和乙二胺改性（EMCS）。利用XRD、FTIR、TGA等对吸附剂进行了表征。考察了TMCS对Hg2+、Cu2+、Ni2+和EMCS Hg2+对UO22+的吸附特性，考察了不同因素如接触时间、温度、pH值、金属离子初始浓度和搅拌速率的影响，以及进液流率、床层高度对Hg2+，Cu2+和Ni2+穿透曲线的影响。 利用铜模板交联乙二胺改性壳聚糖磁性微球用于吸附水溶液中的Cu2+，考察了不同温度下Cu2+吸附平衡、吸附动力学、吸附热力学以及pH、离子强度以及共存离子（如Ni2+.Zn2+，Cd2+，Pb2+）对Cu-EMCS吸附Cu2+的影响。 利用表面接枝法制备磁性羧甲基化壳聚糖纳米粒子（Fe3O4/CMC），利用TEM、XRD以及FTIR等进行表征，考察了它对Pd2+和Pt4+的单组分吸附和双组分吸附特性。 TMCS对Hg2+，Cu2+和Ni2+吸附动力学符合拟二级反应动力学模型。最大吸附容量（mg/g）分别为：Hg2+625.2； Cu2+66.7； Ni+15.3。随进液流率增大或床层高度下降，Hg2+，Cu2+和Ni2+穿透曲线变陡，且穿透点前移。临界床层高度Z0（cm）分别为：Hg2+2.35； Cu2+3.41； Ni2+2.27。EMCS对Hg2+和UO22+的吸附动力学也符合拟二级反应动力学模型。pH<3时可选择性分离Hg2+和UO22+。饱和吸附容量qm（mmol/g）为：Hg2+2.14、UO22+1.50。 Cu-EMCS对Cu2+的吸附容量随温度升高而下降。用Avrami动力学等式能很好地拟合Cu2+吸附动力学数据，Cu2+吸附可分为1至2段动力学区域。与非模板磁性壳聚糖树脂相比，Cu-EMCS对Cu2+的吸附选择性明显提高。FTIR表明Cu-EMCS对Cu2+的吸附机理以主链-NH2基和-OH基络合Cu2+为主。 Fe3O4/CMC对Pd和Pt的单组分吸附符合Langmuir模型和R-P模型，对Pd的亲和性优于Pt，最大吸附容量分别（mg/g）为：Pd263.18； Pt222.22；双组分吸附符合Langmuir多组分吸附模型。Pd和Pt之间存在竞争吸附。用0.5mol·L-1硫脲脱附，脱附率较高（>75％），但用5mol·L-1氨水对Pd的脱附选择性较好。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1前言

1.2壳聚糖

1.3壳聚糖改性及其衍生物

1.3.1交联壳聚糖

1.3.2交联模板壳聚糖

1.4吸附机理

1.5再生、稳定性和重复使用性

1.6壳降糖吸附污染物的简要回顾

1.6.1交联壳聚糖吸附

1.6.2壳聚糖衍生物对金属离子的吸附

1.6.3壳聚糖基复合材料吸附

1.7壳聚糖吸附的优缺点

1.7.1壳聚糖吸附的优点

1.7.2壳聚糖吸附的缺点

1.7.3壳聚糖吸附剂与其它吸附剂的比较

1.8本课题的研究意义与研究内容

1.8.1研究意义

1.8.2研究内容

1.9本论文的创新之处

第二章硫脲改性磁性壳聚糖微球对Hg2+、Cu2+和Ni2+的吸附

2.1前言

2.2实验

2.2.1原料

2.2.2改性磁性壳聚糖微球的制备

2.2.3样品表征

2.2.4静态吸附

2.2.5柱吸附

2.2.6柱洗脱与再生

2.3结果与讨论

2.3.1吸附剂表征

2.3.2硫脲加入量对TMCS中硫含量的影响

2.3.3 pH对金属离子吸附和Zeta电位的影响

2.3.4温度对金属离子吸附的影响

2.3.5吸附动力学

2.3.6吸附等温线

2.3.7脱附

2.3.8柱吸附

2.3.9柱洗脱与再生

2.3.10反应器装置和磁性吸附剂分离

2.4本章小结

第三章乙二胺改性磁性壳聚糖微球吸附Hg2+和UO22+

3.1前言

3.2实验

3.2.1原料

3.2.2改性磁性壳聚糖微球的制备

3.2.3样品表征

3.2.4 EMCS中氨基含量测定

3.2.5吸附实验

3.3结果与讨论

3.3.1 Fe3O4、MCS和EMCS的形貌表征

3.3.2乙二胺加入量对EMCS中氨基含量的影响

3.3.3 pH对吸附容量的影响

3.3.4吸附等温线

3.3.5吸附动力学

3.3.6吸附剂的再生

3.4本章小结

第四章铜模板交联改性磁性壳聚糖微球对Cu2+的吸附特性

4.1前言

4.2实验

4.2.1原料

4.2.2改性磁性壳聚糖微球制备

4.2.3样品表征

4.2.4吸附实验

4.3结果与讨论

4.3.1吸附剂表征

4.3.2样品的FTIR分析与Cu2+吸附机理

4.3.3吸附等温线

4.3.4吸附热力学

4.3.5吸附动力学

4.3.6 pH对Cu-EMCS吸附Cu2+的影响

4.3.7离子强度对Cu-EMCS吸附Cu2+的影响

4.3.8 EMCS和Cu-EMCS对单一离子的吸附容量

4.3.9 EMCS和Cu-EMCS对多组分离子的吸附选择性

4.3.10 Cu-EMCS吸附Cu2+的重复使用性

4.4本章小结

第五章磁性羧甲基化壳聚糖纳米粒子吸附铂和钯

5.1前言

5.2实验

5.2.1原料

5.2.2磁性羧甲基化壳聚糖纳米粒子的制备

5.2.3样品表征

5.2.4吸附实验

5.3结果与讨论

5.3.1 Fe3O4/CMC的表征

5.3.2饱和磁化强度

5.3.3吸附机理

5.3.4吸附等温线和吸附选择性

5.3.5单组分吸附模型

5.3.6双组分吸附模型

5.3.7吸附动力学

5.3.8脱附

5.4本章小结

结论

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢