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改性壳聚糖的制备及其应用

乐益  
【摘要】:本论文使用微波加热法制备新型壳聚糖吸附剂,并研究吸附性能,具体内容如下: (1)采用微波加热法,对壳聚糖进行硫脲改性和乙二胺改性,通过单因素和正交实验优化,确定最佳合成条件,制备硫脲改性壳聚糖(TCTS)和乙二胺改性壳聚糖(CTSS);在合成过程中投加自制Fe_3O_4,分别制得磁性硫脲改性壳聚糖(MTCTS)和磁性乙二胺改性壳聚糖(MCTSS)。用红外光谱、扫描电镜、X射线衍射分析对产物的结构进行表征。 (2)考察不同pH、投加量、吸附时间、初始浓度和温度等因素下TCTS和CTSS的吸附性能,结果表明,溶液pH=6.0,Cu~(2+)初始浓度100mg/L时,TCTS和CTSS对Cu~(2+)的吸附量分别为85.53mg/g和131.1mg/g;pH=5.0,Pb~(2+)初始浓度为200mg/L时,TCTS和CTSS对Pb~(2+)吸附量79.26mg/g和103.3mg/g。 (3)使用EDTA二钠和NaOH混合溶液对TCTS和CTSS进行洗脱,并研究其再生性,结果表明,对Cu~(2+)和Pb~(2+)经过5次重复吸附后,重复利用率分别为TCTS:86.11%和83.67%,CTSS:84.50%和81.92%,均具有良好的重复再生性。 (4)使用自制动态吸附装置,选用不同的进液流速和吸附柱高,考察TCTS对Cu~(2+)动态吸附性能。结果表明,流速越快,层高越低,穿透时间越短。 (5)对MTCTS和MCTSS进行磁性能及吸附性能检测,结果表明,随着Fe_3O_4投加量的增加,吸附剂的磁性能增加,MTCTS吸附量随之增加,MCTSS吸附量随之减少,其中硫脲改性壳聚糖经过Fe_3O_4负载后得到吸附剂吸附量增加。溶液pH=6.0,Cu~(2+)初始浓度100mg/L时,负载0.1g Fe_3O_4的MTCTS和0.01g Fe_3O_4的MCTSS对Cu~(2+)的吸附量分别为93.54mg/g和127.8mg/g。通过Fe_3O_4负载与硫脲和乙二胺的改性得到的吸附剂不仅具有良好的吸附性能,还具有磁性能便于分离回收,对实际废水处理具有实际意义。 (6)对TCTS、CTSS、MTCTS进行热力学和动力学的分析拟合,发现CTSS吸附Cu~(2+)符合Langmuir等温吸附模型,TCTS吸附Cu~(2+)、CTSS吸附Pb~(2+)、MTCTS吸附Cu~(2+)都符合Freundlich等温吸附模型,且这些过吸附过程都是吸热、自发、无序的过程,并均符合Pseudo二级动力学模型。 (7)TCTS和CTSS吸附二元和三元金属离子实验,结果表明,在各二元离子溶液中,TCTS和CTSS对Cu~(2+)优先选择吸附;CTSS适于分离Cu~(2+)-Pb~(2+)-Zn~(2+)和Cu~(2+)-Pb~(2+)-Cd~(2+)三元溶液,TCTS适于分离Cu~(2+)-Ni~(2+)-Cd~(2+)三元溶液,TCTS和CTSS具有良好的吸附选择性能。


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