木质素基超分子组装制备新型吸附剂

摘要

工业污水排放引起的环境污染问题，尤其是有机印染废水的有效治理，一直以来是困扰我们的污染治理难题，原因在于大多有机染料污水是含蒽醌类和苯环结构，具有残留率高、降解难、溶解度大和易致癌等特点。本文利用木质素和过渡金属的配位作用，组装木质素-金属超分子，进一步以聚氨酯泡沫为载体，乙酰化壳聚糖交联修饰，制备新型吸附剂，能够快速清除阴离子、中性和阳离子三种不同种类的染料，净化水体。主要研究成果如下:
　　1.通过调控pH，方便快速组装木质素/过渡金属超分子结构。SEM、FT-IR、BET分析表明，金属离子和木质素羟基共价结合，通过配位化学健形成孔径为2-50nm的超分子介孔材料。筛选出了磺酸盐木质素-Cr3+对考马斯亮蓝R-250（阴离子型染料）、磺酸盐木质素-Mn2+对亚甲基蓝（阳离子型染料）、磺酸盐木质素-Fe3+对罗丹明B（中性染料）的吸附量最大，其值分别为10416.51mg/g、926.97mg/g和880.98mg/g。
　　2.探讨了木质素-金属超分子吸附阴离子型、阳离子型和中性染料在3秒时可达吸附平衡，对染料的清除率分别为99.4％、94.38％、51.01％。研究了等温吸附曲线、吸附动力学和热力学参数。结果表明，吸附机理为单分子层吸附，吸附过程为自发的吸热过程。
　　3.利用聚氨酯泡沫作载体，95％乙酰化壳聚糖进一步修饰超分子组装材料，制备吸附薄膜，在0.5mL/min的流速下得出结论为PUF/CS/SL-Cr3+(200mg)对CBB R-250、PUF/CS/SL-Mn2+(300mg)对MB、PUF/CS/SL-Fe3+(100mg)对RB的清除效果最好，分别为78.17％、96.75％、77.92％，在COD值低于100mg/L的情况下最大承载量分别为955.41mg/m2、636.94mg/m2、636.94mg/m2;XPS和SEM分析表明，壳聚糖结构上的氨基与木质素的羧基通过交联作用结合。pH对吸附薄膜的性能一定的影响，盐浓度和染料浓度对吸附薄膜的性能没有影响。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 前言

1．2 染料污染概述

1．2．1 染料分类

1．2．2 染料的污染现状和治理研究进展

1．3 木质素的介绍

1．3．1 木质素的来源和结构

1．3．2 磺酸盐木质素-金属超分子组装

1．3．3 磺酸盐木质素治理染料废水的研究进展

1．4 壳聚糖简介

1．4．1 壳聚糖的性质

1．4．2 壳聚糖的应用

1．5 课题研究意义、内容

1．5．1 课题研究意义

1．5．2 课题研究内容

第二章 木质素基超分子组装的制备与筛选

2．1 实验试剂与仪器

2．2 实验方法

2．2．1 木质素基超分子的制备

2．2．2 木质素基超分子的最佳pH值和得率计算

2．2．3 木质素基超分子的保存

2．2．4 染料的标准曲线和pH值对染料最大吸光值的影响

2．2．5 对染料最大吸附量的理论测定

2．3 样品表征

2．3．1 傅里叶变换红外光谱分析

2．3．2 BET比表面积及孔径大小分析

2．4 结果与讨论

2．4．1 木质素基超分子最佳pH值和得率结果

2．4．2 染料的标准曲线和pH值对染料的最大吸光值的影响结果分析

2．4．3 对不同种类的染料吸附量最大的吸附剂筛选

2．4．4 傅里叶变换红外光谱分析

2．4．5 BET比表面积及孔径大小分析

第三章 木质素基超分子吸附剂性能表征

3．1 实验试剂与仪器

3．2 实验方法

3．2．1 吸附性能标准

3．2．2 等温吸附曲线模型

3．2．3 吸附动力学模型

3．2．4 吸附热力学

3．2．5 吸附实验

3．3 样品表征

3．3．1 场发射扫描电子显微镜对样品的表面形态分析

3．3．2 EDS mapping分析

3．4 结果与讨论

3．4．1 等温吸附曲线

3．4．2 吸附动力学

3．4．3 吸附热力学

3．4．4 表征结果分析

第四章 木质素基超分子吸附剂薄膜的制备及应用

4．1 实验试剂与仪器

4．2 实验方法

4．2．1 基于PUF泡沫为载体的不同薄膜的制备

4．2．2 薄膜对染料吸附性能的评估

4．2．3 过滤后的溶液中所含金属离子的浓度

4．2．4 过滤后的染料溶液中COD值的测定

4．3 样品表征

4．3．1 XPS表征

4．3．2 热重-差热分析表征

4．3．3 EDS mapping表征

4．3．4 SEM表征

4．4 结果与讨论

4．4．1 不同制备的薄膜对染料过滤性能的评估

4．4．2 样品表征分析

第五章 总结与展望

5．1 全文总结

5．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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