改性纤维素对废水中重金属离子的吸附性能研究

摘要

本实验通过改性微晶纤维素制备了三种重金属离子吸附剂，分别为马来酸酐改性吸附剂（Cell-MA）、2,2,6,6-四甲基哌啶（TEMPO）氧化体系两步氧化改性吸附剂（Cell-O2）及Cell-O2后续在1-乙基-3-（3-二甲氨基丙基）碳二亚胺/N-羟基琥珀酰亚胺(EDC/NHS)催化下进行与甘氨酸（Gly）反应的改性吸附剂（Cell-O-Gly），深入研究三种改性纤维素对Cu2+及Cell-O-Gly对六价铬的吸附作用。
　　本实验通过正交实验测定出Cell-MA、Cell-O2与Cell-O-Gly的最佳合成条件。Cell-MA最佳合成条件为14gMA，反应时间为3h，反应温度100℃，此时接枝率为4.42％。由于Cell-O2为两步氧化，故其最佳合成条件为：第一步氧化，反应时间为10小时，反应温度40℃，此时接枝率为羧基含量为0.425mmol/g。第二步氧化，Cell-O2的羧基含量最高为0.593mmol/g，最佳条件为NaClO2浓度1%，反应时间24h，反应温度30℃。Cell-O-Gly最佳合成条件为为EDS/NHS活化时间2h，氨基酸用量为16g，反应时间为24h，此时氮含量为4.71‰。
　　本实验采用铜单质粉末溶于硝酸，配置模拟工业含铜废水，并通过电感耦合等离子体原子发射光谱仪测定吸附前后铜离子浓度，并根据公式计算出改性纤维素的吸附容量。实验通过改变温度、pH值、吸附剂用量来确定吸附条件对吸附量的影响，根据公式计算了相应的静态吸附容量。研究了其吸附动力学拟合的准一级动力学模型和准二级动力学模型，最后拟合了两种吸附等温线。结果表明，三种吸附剂对铜离子的吸附量会随温度升高而升高、会随吸附剂的投加量的升高而减小，Cell-MA、Cell-O-Gly对铜离子的吸附量随pH升高而升高，Cell-O2在pH=4左右时，吸附量达到最大。Cell-MA的吸附行为符合准一级动力学模型，Cell-O2、Cell-O-Gly的吸附行为符合准二级动力学模型，通过研究可知，三种吸附剂均符合langmuir吸附等温线。研究了Cell-O2的解吸行为，在0.5mol/L的HCl溶液中，120min后其解吸结束，通过实验发现其解吸-吸附次数为3次时，解吸率为57.6%。
　　通过重铬酸钾配置模拟工业含铬废水，并研究了Cell-O-Gly对六价铬的吸附行为，实验通过改变温度、pH值来确定吸附条件对吸附量的影响，根据公式计算了相应的静态吸附容量。研究了其吸附动力学拟合的准一级动力学模型和准二级动力学模型，并拟合了两种吸附等温线。实验结果为随着温度升高， Cell-O-Gly对六价铬的吸附量会先升高后下降、在pH=4左右时，吸附量最小。Cell-O-Gly的吸附行为符合准二级动力学模型，通过对其吸附等温线拟合可知，其符合langmuir吸附等温线。

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第1章 绪 论

1.1 重金属废水的危害及其处理技术

1.2 纤维素的结构及改性方法

1.3 改性纤维素在重金属废水处理中的应用现状

1.4 本课题研究的目的和意义

1.5 本课题研究的主要内容

第2章 纤维素基吸附剂的制备及表征

2.1 材料和方法

2.2结果与讨论

2.3本章小结

第3章 改性吸附剂对Cu2+的吸附实验

3.1 材料和方法

3.2 结果与分析

3.3本章小结

第4章 改性吸附剂Cell-O-Gly对六价铬的吸附实验

4.1 材料和方法

4.2 结果与分析

4.3本章小结

第5章 结论与展望

5.1 全文总结

5.2 建议与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢