柿子单宁吸附材料的制备及其对金属离子吸附特性研究

摘要

本文重点研究了柿子单宁吸附材料的制备方法及其对金属离子的吸附性能,以柿子提取物为原料,采用胶原纤维+戊二醛固化方法制备了固化柿子单宁(Immobilized Persimmon Tannin)吸附材料。研究了固化柿子单宁(IPT)对金属离子Cr(VI)、In(III)、Fe(III)的吸附特性,该研究为处理含重金属离子废水提供了一种新思路并有望应用于水污染处理和稀有贵金属回收领域。
　　以胶原纤维为底物,通过柿子单宁-胶原纤维-醛反应制备出了胶原固化柿子单宁吸附材料,分析了IPT对Cr(VI)的吸附特性,包括初始pH、初始浓度、温度、吸附剂投加量、时间等对吸附效果的影响和循环再生性能。结果表明:pH对吸附过程的影响较大,在pH为1.0~3.0范围内时,IPT对Cr(VI)表现出很强的吸附能力,而温度对吸附平衡的影响相对较小,吸附平衡符合Freundlich方程;在温度为303 K,pH=2.0, Cr(VI)的初始浓度为100 mg/L时,IPT对Cr(VI)的吸附率达到了98.04％,在吸附剂投加量为0.1 g时,其最大平衡吸附容量可达49.01 mg/g,吸附动力学可用拟二级速率方程描述,吸附过程在约60 min时即达到平衡。采用红外光谱仪和扫描电镜能谱仪对IPT材料进行了表征,分析表明:吸附过程为氧化-还原吸附。
　　进一步研究了IPT对In(III)的吸附特性,实验结果表明,在pH值为4.0、温度为323 K时,对In(III)的吸附率达到了98.57%,吸附容量为45.22 mg/g。此外,IPT用量的增加也能够增强其对In(III)的吸附效果。在一定范围内,温度的升高有利于吸附作用的加强,IPT对In(III)的吸附在初期速度较快,随着吸附的进行而逐渐趋于平衡,吸附平衡能够用经典的Langmuir方程来描述;分别用拟一级速率方程、拟二级速率方程和内扩散速率方程对实验数据进行了分析,发现IPT对In(III)的吸附动力学可以很好的用拟二级速率方程描述,吸附过程在约240 min时达到平衡,由拟二级速率方程计算的平衡吸附量值26.43 mg/g与实测值24.10 mg/g相差较小。
　　由于铁元素存在的广泛性,基于后续研究目标金属元素选择性分离的思想,本文单独研究了IPT对Fe(III)的吸附特性。结果表明,IPT对Fe(III)具有较强地吸附能力,溶液初始pH值对吸附的影响较大,当温度在303 K到323 K范围内时,温度的升高能提高吸附容量,在pH值为3.0、温度为323 K时,IPT对Fe(III)的吸附率达到了98.6%,吸附容量达57.98 mg/g。IPT对Fe(III)的吸附速度非常快,在约20 min内即接近于饱和,达到吸附平衡时间极短,吸附平衡符合 Langmuir方程,吸附动力学符合拟二级速率方程,由拟二级速率方程计算得到的平衡吸附量为30.36 mg/g,与实测的平衡吸附量29.08 mg/g很接近,相对偏差为4.4%。被吸附在IPT上的Fe(III)极易被0.1 mol/L的HCl溶液所洗脱,经过二次、三次吸附-解吸循环后,其吸附容量基本保持不变,具有较好的循环再生性能。

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第一章 绪论

§1.1 研究背景

§1.2 研究现状

§1.3 本文研究内容及意义

第二章 实验原理与方法

§2.1 吸附机理

§2.2 材料的制备方法

§2.3 技术路线

第三章 胶原固化柿子单宁对Cr(VI)的吸附特性研究

§3.1 实验部分

§3.2 结果与讨论

§3.3 本章小结

第四章 胶原固化柿子单宁对In(III)的吸附特性研究

§4.1 实验部分

§4.2 结果与讨论

§4.3 本章小结

第五章 胶原固化柿子单宁对Fe(III)的吸附特性研究

§5.1 实验部分

§5.2 结果与讨论

§5.3 本章小结

第六章 总结与展望

§6.1主要结论与创新点

§6.2展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间主要研究成果