【摘 要】
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近些年,工业废水中的重金属离子污染问题越来越严峻,引起了国内外的重视。本文以壳聚糖为基质,对其进行改性,制备出多种改性壳聚糖,并以Ni(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)为目标污染物,探究改性后壳聚糖对重金属离子的吸附能力。本文采用共沉淀法制备四氧化三铁(Fe3O4)改性壳聚糖(以下简称Fe3O4-CTS)。以Cr(Ⅵ)为目标污染物,考察了Fe3O4用量、超声时间、戊二醛用量等制备条件对Fe3O4-CTS吸附能力的
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近些年,工业废水中的重金属离子污染问题越来越严峻,引起了国内外的重视。本文以壳聚糖为基质,对其进行改性,制备出多种改性壳聚糖,并以Ni(Ⅱ)和Cr(Ⅵ)为目标污染物,探究改性后壳聚糖对重金属离子的吸附能力。本文采用共沉淀法制备四氧化三铁(Fe3O4)改性壳聚糖(以下简称Fe3O4-CTS)。以Cr(Ⅵ)为目标污染物,考察了Fe3O4用量、超声时间、戊二醛用量等制备条件对Fe3O4-CTS吸附能力的影响。采用三乙烯四胺(TETA)对磁性壳聚糖进一步改性制备出胺基改性磁性壳聚糖(以下简称TETA-Fe3O4-CTS),以Cr(Ⅵ)为目标污染物,考察了环氧氯丙烷用量、TETA用量对TETA-Fe3O4-CTS吸附能力的影响。利用柠檬酸(CA)对壳聚糖进行改性制备出柠檬酸改性壳聚糖(以下简称CA-CTS),以Ni(Ⅱ)为目标污染物,考察了CA用量、催化剂用量、反应时间、反应温度等对CA-CTS吸附能力的影响。实验对制备的Fe3O4-CTS、TETA-Fe3O4-CTS和CA-CTS采用扫描电镜、红外光谱等方法进行了表征分析。研究了其对重金属离子的吸附规律及其吸附动力学、吸附等温线和热力学特性。研究Fe3O4改性CTS时发现,当选用CTS投加量为0.4 g(以下实验该条件相同)、Fe3O4投加量为0.1 g、戊二醛用量为10 m L、超声破碎时间为5 min时制备出的Fe3O4-CTS在溶液p H值为4时对Cr(Ⅵ)的吸附能力较强,去除率为54.45%。根据扫描电镜分析发现,Fe3O4-CTS表面粗糙且表面存在Fe3O4颗粒。通过红外光谱分析发现,Fe3O4-CTS在波数为579 cm-1处出现了与Fe3O4类似的Fe-O吸收峰,这说明制得的样品中存在Fe3O4。对Fe3O4-CTS吸附Cr(Ⅵ)过程进行了一级动力学和准二级动力学分析,发现吸附过程符合准二级动力学模型。等温吸附模型分析结果表明Langmuir模型能更好地描述Fe3O4-CTS对Cr(Ⅵ)的吸附行为,热力学分析表明该过程为自发吸热过程。研究TETA改性Fe3O4-CTS发现,当环氧氯丙烷用量为5 m L、三乙烯四胺用量为1m L时制备的TETA-Fe3O4-CTS在溶液p H值为4时对Cr(Ⅵ)的吸附能力较强,去除率为78.07%。红外光谱分析发现,在波数为1649 cm-1处的峰为N-H面内弯曲振动;651 cm-1处的峰为N-H面外弯曲振动,以上说明TETA分子的胺基引入到Fe3O4-CTS上。采用滴定法测定TETA-Fe3O4-CTS中胺基含量,测其胺基含量为5.56 mmol/g。吸附动力学模型分析表明TETA-Fe3O4-CTS对Cr(Ⅵ)的吸附过程符合准二级动力学模型。等温吸附模型分析表明Langmuir模型能更好地描述TETA-Fe3O4-CTS对Cr(Ⅵ)的吸附行为,热力学分析表明该过程为自发吸热过程。研究CA改性CTS发现,当改性反应时间为110 min,改性反应温度为120℃,催化剂磷酸二氢钠用量为0.075 g、柠檬酸用量为0.06 g时,制备的CA-CTS在溶液p H值为7时对Ni(Ⅱ)的吸附能力较强,去除率为83.11%。扫描电镜分析发现,CA-CTS表面凹凸不平、有孔隙。红外光谱分析发现,在1740 cm-1处的峰为C=O伸缩振动,表明壳聚糖表面引入了羧基。分别用一级动力学和准二级动力学对CA-CTS吸附Ni(Ⅱ)的吸附过程进行分析,结果表明,吸附过程符合准二级动力学模型。考察了30、35和40℃下CA-CTS对Ni(Ⅱ)等温吸附,分别进行等温吸附模型和热力学分析,发现Langmuir模型能更好地描述吸附行为,且该过程为自发吸热过程。
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