壳聚糖三元接枝共聚物的合成及其在含重金属废水处理中的应用

摘要

重金属废水以其毒性大、不能降解、对环境污染严重而备受人们的关注。在选择此类废水的处理方法时，既要具有高效、方便的优点，又要具有环境友好、不产生二次污染的特点。有效去除这些有毒重金属离子，一般采用化学沉降、离子交换、吸附等技术处理，但对于以络和态存在的重金属离子，采用传统的处理方法很难将其彻底去除。因而，研究开发经济有效的重金属废水处理技术，具有良好的应用前景。 壳聚糖(CTS)作为一种天然高分子化合物，高分子段链中含有-OH、-NH<,2>活性基团，可与重金属离子形成配合物，而且由于其无毒，不产生二次污染，生物降解性好的优点，在废水处理中的应用越来越受到科研工作者的关注。但是，壳聚糖存在相对分子质量小、架桥能力差、成本高的缺点，必须对其进行改性处理。 本论文主要进行壳聚糖．丙烯酰胺-丙烯酸接枝共聚物的合成和接枝共聚物对重金属离子吸附性能的研究。 以壳聚糖、丙烯酰胺(AM)、丙烯酸(AA)为主要原料合成了一种含有-OH、-NH<,2>、-COOH的三元接枝共聚物。用红外、扫描电镜、热重分析对这一产物进行了表征，结果表明丙烯酰胺、丙烯酸成功接枝到了壳聚糖上。综合考虑接枝率、接枝效率两个考察指标，通过均匀试验得出了该三元接枝共聚物的最佳合成条件为：引发剂K<,2>S<,2>O<,8>用量为6mmol/L、丙烯酸占单体总量的比例为10﹪、壳聚糖与单体的质量比， m(壳聚糖)：m(丙稀酰胺+丙烯酸)为1∶3、反应温度45℃、单体丙烯酸滴加时间1.5h、丙烯酸滴加完后反应时间1h、亚硫酸氢钠与过二硫酸钾的物质的量之比，n(NaHSO<,3>)∶n(K<,2>S<,2>O<,8>)为1∶4。 探讨了壳聚糖-丙烯酰胺-丙烯酸接枝共聚物对铜、铅、锌的吸附情况。考察了影响吸附的条件(溶液pH值、吸附时间、吸附温度、不同条件下合成的吸附剂、吸附剂用量、重金属浓度等)对重金属去除效率的影响。所得结论如下： 1、实验表明，同一接枝共聚产物对不同种重金属离子吸附能力不同，其中对铜吸附效果最好的是16号产物，对锌吸附效果最好的是6号产物，对铅吸附效果最好的是2号产物。 2、溶液pH值影响吸附吸附剂的吸附效果。铜、锌的最佳吸附pH值为6，铅的最佳吸附pH值在5左右。 3、吸附剂用量影响重金属的去除效果，吸附剂用量越大，对重金属去除效率越高，吸附容量则随吸附剂用量的增大而降低。重金属浓度为10mg/L时，接枝共聚物对铜、锌、铅的平衡吸附容量在25mg/g左右，重金属浓度为50mg/L和100mg/L时，接枝共聚物对铜的平衡吸附容量在5mg/g左右，对锌铅的饱和吸附容量在40mg/g左右。 4、吸附动力学表明，吸附开始一段时间内吸附容量增加较快，约在30分钟以后吸附速度减慢，逐渐达到吸附平衡。 5、静态吸附等温线表明，吸附剂对所选三种重金属的吸附符合Langmuir等温吸附规律。 6、吸附剂从12℃至25℃，吸附容量逐渐增加，温度再升高，吸附容量开始降低。 7、混合吸附中，吸附剂对铜的吸附容量明显优于锌和铅。

目录

文摘

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0前言

1文献综述

1.1壳聚糖研究及其在水处理中的应用

1.1.1壳聚糖简介

1.1.2壳聚糖及其改性产物的应用

1.1.3壳聚糖接枝共聚反应

1.2重金属水污染概况及处理方法进展

1.2.1水环境重金属污染的现状

1.2.2重金属来源及危害

1.2.3重金属废水污染特性及其处理原则

1.2.4治理方法

1.3本论文研究目的及内容

1.3.1本研究的目的及意义

1.3.2主要研究内容

2壳聚糖三元接枝共聚物的合成及表征

2.1实验主要仪器

2.2实验主要试剂

2.3实验方法及分析方法

2.3.1壳聚糖-丙烯酰胺-丙烯酸三元接枝共聚物的合成方法

2.3.2分析方法

2.4实验设计

2.5实验结果与讨论

2.5.1均匀设计数据处理

2.5.2壳聚糖及接枝共聚产物的红外光谱表征

2.5.3壳聚糖及接枝共聚产物的热分析

2.5.4壳聚糖及接枝共聚产物的扫描电镜表征

2.6结论

3壳聚糖接枝共聚物对重金属吸附性能的研究

3.1实验主要仪器

3.2实验主要试剂

3.3实验设计

3.4接枝共聚物吸附重金属离子的实验方法及分析方法

3.4.1实验方法

3.4.2分析方法-原子吸收

3.5结果与讨论

3.5.1.不同接枝共聚物对吸附的影响

3.5.2介质酸度对去除率的影响

3.5.3吸附剂用量对去除效果的影响

3.5.4重金属离子浓度对吸附效果的影响——吸附等温线

3.5.5吸附时间对重金属吸附的影响——动力学曲线

3.5.6温度对壳聚糖接枝共聚物吸附重金属离子的影响

3.5.7三组分体系中金属离子的吸附选择性

3.6小结

4结论

4.1结论

4.2创新点

4.3建议

附录

参考文献

致谢