壳聚糖复合树脂的制备及对亚硝酸盐氮的吸附研究

论文摘要

采用乳液交联法通过一次预交联,再次准交联,最后释放吸附位点的方法制备了壳聚糖复合树脂,并将其应用于低浓度下饮用水中对NO2--N的吸附。考察了制备条件对树脂成球率和吸附量的影响及活性炭的预处理对吸附量的影响。为了减小制备成本,考察了分散剂液体石蜡的循环使用对复合树脂性能的影响。在吸附实验中,考察了粒径、pH值对吸附的影响以及吸附动力学、吸附热力学、吸附选择性和饱和吸附量。最后考察了壳聚糖复合树脂对NO2--N的吸附机理和壳聚糖复合树脂的再生效果。实验结果表明,制备过程中树脂的成球率受活性炭粒径、乳化剂span80、分散剂液体石蜡、壳聚糖醋酸溶液浓度和预交联剂甲醛的影响很大,树脂的吸附量受交联剂、制孔剂的影响较大。选择的制备条件为活性炭粒径小于0.15mm,壳聚糖浓度为3%,活性炭与壳聚糖质量之比为1:2,乳化温度为室温,span80与液体石蜡体积之比为3‰,油水比为1.5,制孔剂的加入量与壳聚糖醋酸溶液体积比为0.03,甲醛和环氧氯丙烷与壳聚糖官能团之比38.4和2.8。扫描电镜图片表明壳聚糖复合树脂的表面十分的不均匀,还有许多发达的微孔,红外谱图表明,复合树脂的每一步反应都确定发生。载体活性炭经过盐酸预处理后,复合树脂对NO2--N的吸附量增大。但是由于活性炭的加入使复合树脂的各项基本性能比单纯的壳聚糖树脂要低。液体石蜡的循环使用不但不会影响复合树脂的基本性能,还降低了生产成本,减少了废物排放。复合树脂的粒径越大,其质量分布也随之增大,而吸附量略有降低。壳聚糖复合树脂对NO2--N的吸附除了壳聚糖树脂和活性炭本身的吸附作用外,还有壳聚糖和活性炭结合后表面或产生新物质的作用。当温度低于40℃时,吸附类型是以静电引力为主要作用力的物理吸附,因此能够通过HCl溶液的作用对树脂进行再生,此时树脂对NO2--N的吸附选择性会受共存阴离子浓度及其所带负电荷数的影响,吸附平衡时间约为60min,平衡吸附量计算值为0.479mg/g;当温度高于40℃时,吸附作用力为化学键力,吸附类型为化学吸附,吸附选择性增大,吸附平衡时间约为90min,平衡吸附量计算值为0.700mg/g,吸附速率降低,吸附量增大,此时的饱和吸附量大于2.563mg/g。吸附热力学特性为吸热、自发、熵增,化学吸附不能够再生。化学吸附和物理吸附的等温方程符合Freundlich模型,二者的吸附速率方程都更加符合二级吸附速率模型。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 引言
• 1 文献综述
• 1.1 壳聚糖的性质
• 1.2 壳聚糖及其衍生物的应用
• 1.2.1 壳聚糖在食品工业中的应用
• 1.2.2 壳聚糖在医学领域中的应用
• 1.2.3 壳聚糖在农业中的应用
• 1.2.4 在水产、畜牧养殖中的应用
• 1.2.5 壳聚糖在轻纺工业中的应用
• 1.2.6 壳聚糖在环境保护中的应用
• 1.3 活性炭在水处理中的应用
• 1.4 壳聚糖复合物的制备方法及在水处理中应用的研究进展
• 1.5 亚硝酸盐氮污染处理的研究进展
• 1.5.1 饮用水中亚硝酸盐氮的存在及危害
• 1.5.2 亚硝酸盐氮的处理技术
• 1.6 研究目的及内容
• 1.6.1 研究目的
• 1.6.2 研究内容
• 2 实验部分
• 2.1 实验仪器和试剂
• 2.1.1 实验仪器
• 2.1.2 实验试剂
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 壳聚糖复合树脂的制备
• 2.2.2 成球率的计算方法
• 2.2.3 活性炭预处理方法
• 2.2.4 壳聚糖复合树脂各项性能参数的测定及计算方法
• 2.2.5 壳聚糖复合树脂的表征方法
• 2.2.6 液体石蜡的循环使用方法
• 2^--N的吸附动力学考察方法'>2.2.7 壳聚糖复合树脂对NO₂^--N的吸附动力学考察方法
• 2^--N的吸附热力学考察方法'>2.2.8 壳聚糖复合树脂对NO₂^--N的吸附热力学考察方法
• 2^--N的吸附选择性考察方法'>2.2.9 壳聚糖复合树脂对NO₂^--N的吸附选择性考察方法
• 2.2.10 饱和吸附量考察方法
• 2.2.11 吸附机理考察方法
• 2.2.12 再生方法
• 3 结果和讨论
• 3.1 壳聚糖复合树脂的制备
• 3.1.1 制备条件对壳聚糖复合树脂成球率及吸附量的影响
• 3.1.2 活性炭预处理
• 3.1.3 液体石蜡的循环使用对壳聚糖复合树脂性能的影响
• 3.2 壳聚糖复合树脂的表面形态及官能团特征
• 3.2.1 壳聚糖复合树脂的扫描电镜（SEM）照片
• 3.2.2 壳聚糖复合树脂的红外谱图分析
• 2^--N的吸附性能'>3.3 壳聚糖复合树脂对NO₂^--N的吸附性能
• 3.3.1 复合树脂粒径的分布及粒径大小对吸附效果的影响
• 3.3.2 pH值对壳聚糖复合树脂吸附量的影响
• 2^--N的吸附动力学'>3.3.3 壳聚糖复合树脂对NO₂^--N的吸附动力学
• 2^--N的吸附热力学'>3.3.4 壳聚糖复合树脂对NO₂^--N的吸附热力学
• 2^--N的吸附选择性'>3.3.5 壳聚糖复合树脂对NO₂^--N的吸附选择性
• 3.3.6 壳聚糖复合树脂的饱和吸附量
• 3.4 吸附机理探讨
• 3.4.1 复合树脂中各组成部分吸附量随温度的变化
• 3.4.2 复合树脂中各组成部分吸附作用
• 3.4.3 复合树脂上吸附基团特性的考察
• 2^--N的红外谱图分析'>3.4.4 壳聚糖复合树脂吸附NO₂^--N的红外谱图分析
• 3.5 壳聚糖复合树脂的再生
• 3.5.1 再生液的选择
• 3.5.2 循环再生效果
• 4 结论
• 参考文献
• 附录A 制备树脂所用试剂的物理化学性质
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢