改性纤维素水处理剂的合成及其吸附性研究

改性纤维素水处理剂的合成及其吸附性研究 单位代码 学 号分类号 河南大謦 硕士学位论文 改性纤维素水处理剂的合成及其吸附性能研究 学科、专业环境科学 研究方向:水污染控制 申请学位类别: 理学硕士 申 请 人:金强 指导教师:周艳梅教授 .年五月 .:. ,? 、 关于学位论文独创声明和学术诚信承诺 本人向河南大学提出硕士学位申请。本人郑重声明:所呈交的学位论文是本 人在导 师的指导下独立完成的,对所研究的课题有新的见解。据我所知,除文中特别 加以说明、 标注和致谢的地方外,论文中不包括其他人已经发 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 或撰写过的研究成果,也不包括其 他人为获得任何教育、科研机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同事对 本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 在此本人郑重承诺:所呈交的学位论文不存在舞弊作伪行为,文责自负。 学位申请人学位论文作者签名: 垒墨亟 年岁月心日 关于学位论文著作权使用授权书 本人经河南大学审核批准授予硕士学位。作为学位论文的作者,本人完全了解并同 意河南大学有关保留、使用学位论文的要求,即河南大学有权向国家图书馆、科研信息 机构、数据收集机构和本校图书馆等提供学位论文纸质文本和电子文本以供公众检 索、查阅。本人授权河南大学出于宣扬、展览学校学术发展和进行学术交流等目的,可 以采取影印、缩印、扫描和拷贝等复制手段保存、;编学位论文纸质文本和电子文本。 涉及保密内容的学位论文在解密后适用本授权书 学位获得者学位论文作者签名: 年罗月箩日 学位论文指导教师签名:年,摘要 摘要 本文以纤维素为原料,在调研文献的基础上,设计并合成了以纤维素为基体的三种 水处理剂。通过一系列分析表征手段从样品的外貌、组成成分及含量、结构、热稳定性 等方面对其结构进行了系统的分析证实。研究了它们对重金属离子和有机染料的吸附能 力,考察了溶液值、吸附时间、吸附剂用量、溶液初始浓度和溶液温度对重金属离 子和有机染料吸附效果的影响,并确定了等温吸附模型和动力学方程。论文具体的研究 内容如下: .在充分调研国内外对改性纤维素研究的基础上,根据纤维素结构的特点,介绍了 直接修饰纤维素方法和间接修饰纤维素方法,并分别对其作了具体的阐述。此外,还对 纤维素基水处理剂在现阶段存在的问题和未来的发展趋势做了分析。详细阐述了论文的 立题依据和主要工作。 .用马来酸酐改性纤维素得到了吸附剂,并研究了其对重金属离子 和三种阳离子型碱性有机染料碱性品红、亚甲基蓝、结晶紫的吸附。实验结 果表明, 吸附剂对、碱性品红、亚甲基蓝和结晶紫的最佳吸附分别为.,.,. 和.;最佳吸附温度分别为 , , 和 ;最佳吸附时间分别为 , , 和 。对的吸附符合等温吸附模型,对 碱性品红、亚甲基蓝和结晶紫的吸附符合等温吸附模型。对和 三种有机染料的动力学研究表明,对二者的吸附用准二级动力学描述更为准 确。 .用硫脲对吸附剂继续改性,得到了吸附剂,并研究了其对重金属离子 和有机染料碱性品红的吸附。实验结果表明,吸附剂对的最佳吸附条 ;对碱性品红的最佳吸附条件为: 件为:.,吸附剂用量 ,震荡时间 ,温度 。吸附剂对和 .,吸附剂用量 ,震荡时间 碱性品红的吸附均符合准二级动力学和等温吸附模型,最大吸附容量分别为 . 和. 。此外,还考察了吸附剂对的吸附/脱附实验,结果 表明,用. 。的溶液作为脱附剂,吸附剂至少可以重复使用次。 .用甲基丙烯酸缩水甘油酯改性,得到了马来酸酐环氧化纤维素,改性纤维素 水处理剂的合成及其吸附性能研究 再用硫脲对进行改性,得到了同时具有羧基和氨基的双功能团吸附剂,并 探讨了其对重金属离子和有机染料孔雀石绿的吸附条件。实验结果表明, ,温度 ,溶液初始 吸附剂对的最佳吸附条件为:.,震荡时间 , 浓度. ,温度 ~;对孔雀石绿的最佳吸附条件为:..,震荡时间 溶液初始浓度 一。吸附剂对和孔雀石绿的吸附均符合准二级动 力学和等温吸附模型,最大吸附容量分别为. 和. ~。 吸附剂对的吸附/脱附实验结果表明,用. .的溶液作为脱 附剂,重复使用次,吸附剂对的吸附容量仍在在 一,说明具 有良好的再生和重复使用能力。 关键词:改性纤维素,重金属离子,有机染料,吸附 . , , , ,. : . ,, ,., ? . . . ,, ., .,.,. .,; , , , , 。,;, , . , ? ,. ? . , / ,.: , , , 目录 目录 摘寻晕?.。 目录一 第一章绪论?。 .引言?. .纤维素的结构?.. .纤维素的功能化.. .直接修饰纤维素 .间接修饰纤维素??.. .纤维素基水处理剂的发展现状及趋势。 .立题依据及主要工作?.. 参考文献 第二章马来酸酐改性纤维素对重金属离子和有机染料的吸附研究.引言。 .实验部分. .仪器与试剂? .吸附剂的合成 .羧基含量的测定.表征分析.吸附实验.结果与讨论.羧基含量的测定.红外 光谱表征 .扫描电镜表征 .热重和热差分析 . 的影响改性纤维素水处理剂的合成及其吸附性能研究 .温度的影响? .震荡时间的影响??. .动力学研究?. .吸附等温线研究 .吸附热力学研究.结论一 参考文献??。 第三章马来酸酐、硫脲改性纤维素对和碱性品红的吸附研究 .引言.. .实验部分 .仪器与药品?.. .吸附剂的合成. .羧基含量的测定??。 .表征分析??. .吸附试验.脱附解析实验 .结果与讨论.羧基含量的测定 . 表征. 表征.元素分析. 和表征. 的影响.吸附剂用量的影响? .温度的影响? .动力学研究?. . 吸附等温线研究.脱附解析.结论.. .吸附剂的合成。 羧基含量的测定??.. .环氧基团含量的测定 .表征分析.吸附试验.脱附解析实验 .结果与讨论??. .羧基和环氧基团含量的测定 . 表征??. . 表征. 和表征?.. . 乡析??. . 值的影响?. .震荡时间的影响.温度的影响?.. .初始浓度的影响. 动力学研究。 .吸附等温线研究?。 .吸附热力学研究. 解析实验.结论.. 参考文献??。 第五章结论.. 在研期间发表的论文? 第一章绪论 第一章绪论 .引言 随着人类对经济发展的迫切要求,在经济飞速发展的同时,也导致了许多环 境问题, 尤其是与生命息息相关的水环境问题,越来越引起了人类的高度重视。 工业化的快速发展,很多工业如电镀、冶金、皮革制造、炼油、印刷等排放的废水 中都含有大量诸如汞、铅、镉、铬、铜、锌、镍等的重金属,这些废水排放到水环境后, 对人类健康和环境造成了严重的危害。重金属污染物一旦进入水环境,均不能被生物降 解,主要通过沉淀.溶解、氧化还原、配合作用、胶体形成、吸附.解吸等一系列物理化 学作用进行迁移转化,参与和干扰各种环境化学过程和物质循环过程,最终以一种或多 种形态长期存留在环境中,造成永久性的潜在危害。通常,去除水环境中的重金属的方 法有离子交换法,反渗透法,沉淀法,溶剂萃取法,氧化还原法,电解法,吸附法等。 和其他方法相比,吸附法易于操作,而且去除效率高,尤其是处理低浓度的废水,, 效果理想,因此被广泛关注研究。除了重金属污染物,有机染料也是一类重要的水环境 污染物。有机染料被广泛的应用于纺织、印刷、造纸、塑料等行业,由于有机染料大多 具有复杂的芳香分子结构,特别是人工合成的染料,在水环境中很难被生物降解【.】, 长时间留存于水体当中,会危害到水生生物,通过食物链的富集进而会对人类产生危害。 因此,除了对已经发生的水污染要进行合理有效的治理,积极地监测和预防水体污染更 为重要,做到防忠于未然。 人类对石油、天然气、煤炭的资源的开发和利用给地球生态环境带来的影响越来越 严重,这使得以天然资源为原料的高分子材料得到大力的发展。纤维素是 地球上最为丰富的可再生资源,它不仅可生物降解,生物相容性好,而且无毒,对环境 危害小,因此,通过以纤维素为原料,设计合成一种可再生,污染小的环境友好型水处 理剂,成为人们研究的热点。 .纤维素的结构 纤维素是.吡哺葡萄糖环经.,糖苷键组成的一种大分子量的直链型的聚合物,纤维素水处理剂的合成及其吸附性能研究 、木材、各种农产品等。它含有丰富的具有较强活性的伯羟 子间的氢键,对纤维素链的形态有重要意义。而且,大量的 通过化学手段修饰改性纤维素,形成纤维素衍生物。 纤维素功能化的主要途径有物理方法,化学方法,表面、界面化学修饰方法等。物 理方法就是通过特殊加工,使纤维素的物理形态发生变化,赋予纤维素新的 性能。例如 被广泛应用于反渗透【引、超滤、气体分离【】、等膜分离工艺中的分离膜,就是通过物 理手段使纤维素和纤维素衍生物薄膜化制成的。通过调整纤维素的结晶度得到的具有巨 大比表面积和特殊性能的微晶纤维素,被广泛应用于医疗、日用化学品、涂料、食品、 建筑、陶瓷等领域【】。材料表面、界面的性质对材料的性质具有很大的影响,因此可以 通过对材料的表面进行修饰,使得材料具有新的功能。表面、界面修饰处理的方法包括 物理或者化学的修饰方法,如表面涂饰、酸腐蚀、电晕放电等等进行的氧化处理,利用 表面活性剂、表面化学反应等接枝共聚合等等。 化学方法是纤维素功能化的主要途径,是指通过预先对材料的分子设计,包括结构 设计和官能团设计,使高分子材料具有化学结构本征性能特征的方法。通常,化学改性 纤维素有两种途径:一种是直接修饰纤维素。用含有对目标污染物具有结合作用的功能 基团的化合物修饰纤维素骨架,比如用对重金属离子具有螯合作用的或者含有能结合金 、 属的功能基团的化合物,直接修饰纤维素骨架,得到了可以用于处理重金属的水处理剂; 另一种是间接修饰纤维素。选择单体接枝到纤维素骨架上,然后在接枝的单体后引入对 目标污染物具有结合能力的功能基团或者用螯合基团使接枝的单体功能化。 .直接修饰纤维素 第一章绪论 ..醅化、醚化 酯化主要是用羧酸或者酸酐直接进攻纤维素糖单元的位的伯羟基,从而使纤维素 引入了羧基基团,有助于对重金属离子和有机物的吸附。等人加热柠檬酸使其脱水 形成柠檬酸酐,然后用柠檬酸酐和纸浆反应,通过酯化反应形成了改性纤维素,用于对 重金属离子并茸 的吸附,吸附容量分别为 。和 【】。 等人在催化剂的作用下,用琥珀酸酐改性纤维素,用于吸附重金属离子,吸附 容量达到了 。 【 纤维素的醚化主要是通过碱化纤维素与有机卤化物反应制得。等人先用甲 氧基钠与纤维素反应得到碱化纤维素,然后再与有机卤化物,如环氧氯丙烷,反应得到 具有环氧基团的改性纤维素,再与聚乙烯亚胺反应,得到了螯合吸附剂‘。在另一篇文 献中,等人通过醚化反应,在纤维素上引入了腈基,然后再与羟胺反应,得到了 具有偕胺肟化的纤维素衍生物。该衍生物对重金属如,?和等 。 具有良好的吸附效果 ..卤化 纤维素的卤化是另外一种代表性的改性纤维素技术,通常用来作为合成吸附剂的一 个中间步骤。例如用亚硫酰氯等酰氯化试剂与纤维素反应,得到酰氯化的纤维素,然后 再分别与乙二胺,硫脲,氨基硫脲,硫代乙酰胺,羟胺,肼等功能基团反应,得到吸附 剂。等人利用先卤化再接功能基团的方法合成的吸附剂用于吸附水溶液中的 ,,,吸附容量分别为 ~, ~, 【】。 ..氧化 几乎所有的氧化剂都能氧化纤维素,纤维素完全氧化的最终产物是二氧化碳和水, 但人们往往对纤维素的部分氧化更为感兴趣,它可以将新的官能团如醛基、羧基、酮基 或者烯醇基等引入纤维素分子中。例如用高碘酸盐攻击或生成高还原性的二醛基 的选择性氧化反应倍受人们关注【之。 .间接修饰纤维素 ‘通过接枝共聚改性纤维素是一种常用改性纤维素的方法。纤维素的接枝共聚反应一 般有三种:自由基聚合,离子型聚合和缩合或者加成聚合【】。不同的方法包括高能辐射,改性纤维素水处理剂的合成及其吸附性能研究 光接枝和化学引发技术等都被用于纤维素的接枝共聚‘引。在这些聚合反应中,自由基聚 合既可以发生在纤维素的主体上,也可以发生在接枝的单体上,因此,人们倾向于纤维 素自由基聚合反应的研列。 ..光接枝 利用光引发接枝技术在纤维素上引入各种乙烯基单体,是一种常用的方法【】。敏化 剂,单体,或者聚合物均可吸收紫外线释放的能量,当分子吸收能量处于激发状态后, 会解离成活性自由基,引发接枝反应。等人利用光引发接枝技术,将丙烯腈引入 到纤维素分子中,再与三乙烯四胺反应,得到的吸附剂用于吸附,吸附容量达 到了 ,。 ..高能辐射接枝 高能辐射丫射线,射线可以用于在纤维素上接枝不同的功能基团。放射性元 素如钴.,铯.,是丫射线的主要来源【】。等人利用微波辐射,使丙烯酸和丙烯 酰胺与纤维素发生接枝共聚反应,制得了用于吸附的吸附剂,最大吸附容量为 . 【。等人利用丫射线辐射引发了丙烯酸和木质纸浆的共聚合反应,接枝 共聚后的木质纸浆对,,和的最大吸附容量分别为 , 一, ~, 【。 ..化学引发接枝 化学引发接枝的方法被广泛应用于纤维素的改性,且一般接枝率比较高【。在各种 不同的引发剂中,铈盐?引发剂由于具有比较高的接枝效率而被人们经常使用。 等人在硝酸铈铵/双氧水的氧化还原引发体系下,成功的将丙烯酰胺接枝到了香蕉 秸秆上,随后被乙二胺胺化,再与琥珀酸酐一同回流,引入了羧基基团。该吸附剂对 的最大吸附容量达到了 。等人用高锰酸钾/柠檬酸氧化还 原引发体系,将丙烯腈接枝到了向日葵秸秆上,随后在碱性介质中,用羟胺偕胺肟化, 并用于对的吸附研究【】。’等人在纤维素主体上接枝了甲基丙烯酸缩 水甘油酯,然后用咪唑配体进一步改性得到的吸附剂,对,, 的最大吸附容量分别为. 一,. ~,. 。等人用硝酸铈铵 作为引发剂,在纤维素主体上接枝了丙烯腈,然后经过氢氧化钠皂化后,腈基基团转变 为酰胺基团和羧酸基团,含有酰胺基团的吸附剂对的 第一章绪论 最大吸附容量为. 一,含有羧酸基团的吸附剂对的最大吸附容量为. .。 .纤维素基水处理剂的发展现状及趋势 纤维素基水处理剂由于原材料来源于农林副产品,不仅价格低廉,而且还具有可再 生性,成为人们研究水处理剂的主要方向之一。随着人们对纤维素基水处理剂的研究的 日渐成熟和完善,纤维素基水处理剂不仅种类逐渐丰富,而且功能由原来的单一的、选 择性的向复合的、普遍适用性的转变。预计纤维素吸附剂的发展趋势如下: 深入研究纤维素基水处理剂的合成过程并进一步优化,降低纤维素基水处理 剂合成的成本; 通过合理的分子设计及实验条件的优化,提高纤维素基水处理剂的吸附效果; 在分子设计时,引入新的吸附官能团或者将不同的吸附官能团同时引入到纤 维素分子骨架上,达到吸附剂具有新的功能或者具有多种复合功能的目的。 以改性纯纤维素的方法为理论基础,改性富含纤维素的农林作物及其废弃物, 不仅丰富了吸附剂的类型,而且解决了农林作物废弃物难处理的问题。 .立题依据及主要工作 我国是一个以农业为主的大国,每年的农作物废弃物不仅量大,而且处理困难,以 纤维素为主要原材料合成的纤维素基水处理剂,不仅能在一定程度上解决水污染的问 题,而且为农作物废弃物的处理开辟了新的途径,在变废为宝的同时,不仅具有良好的 环境效益,而且具有可观的经济效益。 本课题以纤维素基体进行分子设计,在其多羟基的基础上,引入羧基、氨基、含硫 基团,合成对重金属离子、有机物或者对两者同时具有吸附性能的复合型纤维素基水处 理剂,并进行了吸附、脱附等实验。 用马来酸酐改性纤维素,得到吸附剂,并研究了其对重金属离子 和三种阳离子型碱性有机染料碱性品红、亚甲基蓝、结晶紫的吸附。确定了最佳的 吸附条件,等温吸附模型和吸附动力学。 用硫脲对吸附剂继续改性,得到了吸附剂,并研究了其对重金属离 子和有机染料碱性品红的吸附,同时还研究吸附剂对的吸附/ 脱附实验。确定了最佳的吸附条件,等温吸附模型、吸附动力学以及脱附剂 的浓度,并一塾丝堑丝耋查丝里型塑全盛塾基坚堕堡壁婴窒 检测了吸附剂的重复利用性能。 以吸附剂为原料,在未接枝马来酸酐的纤维素伯羟基上引入环氧基团, 再接枝硫脲,得到具有双吸附功能基团的吸附剂,并研究了其对重金属离子 和有机染料孔雀石绿的吸附以及对的吸附/脱附。确定了最佳的吸附条件, 等温吸附模型、吸附动力学,考察了脱附剂的浓度和吸附剂的再生性能。 、 【】 【】 . ..... 【】.,.,.... 】..,..... / ...... :. ? ? ’ . ..【】 ., .,:. ?. ..... 【】..,.,../ : . / ..... . . 【】...,.:觚 ..... .. 【】...,... ’。 ,. 【】唐爱民,梁文芷.纤维素的功能化.高分子通报,.. 【】陈玉放,谢来苏.植物纤维用于新技术领域.纸和造纸,.. 【 】.,.... ..... ?. 【】..,.. .. .... 一. 【.. 】....,...... 【 】.,.. . .... 撕 ., 【 】.,.. ..... . .. 【】..,.....?. 【】叶君,梁文芷.邻苯二亚胺纤维素的合成及性质.化学研究与应用,. 【】.,......?. 【】......... .:, 【】....: . ....? ,....... 【】 .. .【】... . ....】. .......【】...,. . . ........ 【】..., .....?. ,. 【】...., . ... 【】. ,..., 撕 ..... ?. 部 【】.. ......【】..’,...’....... ’. 【】..’,.. ..... ? . ’. 【】..’,.. ,第二章马米酸酐改性纤维素对重金属离子和有机染料的吸附研究 第二章马来酸酐改性纤维素对重金属离子和有机染料的吸附研 究 .引言 随着经济的发展,由化学物质引起的环境问题越来越多,尤其是水环境问题。 人们 产生的废水往往包括了许多重金属离子,如汞,铬,镉,铅。从废水中去除重金 属离子 的方法有许多,例如离子交换法,中和反应法,反渗透,沉淀法,萃取法和吸附 法。和 其他方法相比,吸附法可能是一种更为经济的方法。因为吸附法很容易操作,而且去除 效率高,尤其是对于低浓度的重金属离子废水,处理的效率很好【,。汞是一种有毒的 重金属离子,它被广泛的应用于氯碱,电器,油漆,制药,造纸和纸浆工业中。由于它 对水生生物和人类的毒性非常大,因此能引起极为严重的环境问题和疾病【‘】。此外, 有机阳离子染料是水环境污染的另一个来源。有机染料在人类生活生产中占有非常重要 的地位,被广泛的应用在纺织,印刷,纸浆制造,皮革,食品染料,塑料等行业。由于 有机染料,尤其是人工合成的染料,它们的结构复杂,因此它们在水溶液中很稳定,而 且很难被生物降解【乱。\ /、、如、、叩 圈 改性纤维素作为一种更便宜和更为有效的吸附剂已经被广泛研究。纤维素在自然界 中,分布广泛,储量丰富。纤维素不仅具有可生物降解,可再生,廉价等特点,而且纤改性纤维素水处理剂的合成及其吸附性能研究 维素结构中含有许多羟基,这些羟基可以发生许多反应,如自由基反应,酯化 反应,卤 化反应,氧化反应,醚化反应【’】,均有利于对纤维素进行改性处理。有很多文献报道 了改性纤维素的合成及其应用。等人用.环糊精和季铵盐基团改性纤维素用于处 理水溶液中的铬】。等人用琥珀酸酐改性纤维素,用于处理废水中的重金 属离子【,】。等人合成了七种不同类型的含有硫脲和氨基的改性纤维素树脂, 。 用于汞离子的吸附研究【 .实验部分 .仪器与试剂 纤维素河南喜人纤维素有限公司;马来酸酐天津第一化学试剂厂;吡啶天 津巴斯夫化工有限公司;乙二胺四乙酸钠天津科米欧化学试剂有限公司;氯化汞北 京双环化学试剂厂;其他试剂如,.二甲基甲酰胺、碱性品红、亚甲基蓝、 结晶紫等,从国药集团化学试剂有限公司购得。试验中用水均为蒸馏水。 ; 扫描电子显微镜,日本电子株式会社 型傅立叶变换红外光谱仪美国尼高力仪器股份有限公司;恒温培养振荡器 上海苏坤实业有限公司; 元素分析仪美国.公司; 可见分光光度计上海精密科学仪器有限公司; /同步 热分析仪瑞士公司;.型恒速搅拌器郑州长城科工贸有限责任 公司;.型计上海精密科学仪器有限公司。 .吸附剂的合成 , 称取. 的圆底烧瓶中,加入叭%的氢氧化钠溶液 纤维素于 在室温条件下搅拌反应 进行碱化处理。产物经砂芯漏斗过滤,用蒸馏水洗涤 至中性, 得到碱化处理的丝光化纤维素, 最后用丙酮洗涤数次。在 条件下干燥 。 , 的圆底烧瓶中,加入 吡啶,磁力搅拌 称取. 干燥后的于 然后按照一定摩尔比加入马来酸酐: :。装上回流冷凝管,反 【, 应装置在 油浴中回流 。反应产物经砂芯漏斗过滤,依次用乙醇、蒸馏 ,得到吸附剂。 水洗涤数次,最后再用丙酮洗涤。在 条件下干燥 第二章马来酸酐改性纤维素对重金属离子和有机染料的吸附研究 彳。 一、 夕图 .羧基含量的测定 本实验采用反滴定的方法测定中羧基的含型’。准确称量. 吸附 剂于 的圆底烧瓶中,加入. 以的氢氧化钠溶液 ,在室温条件下, 搅拌反应 。然后过滤,取滤液 ,用. 的盐酸溶液滴定,确定滤液中 氢氧化钠溶液的浓度。实验平行进行次。中羧基的含一 】的计算 公式如下所示: 鱼兰鳖二兰兰鱼兰垡× . ?其中,是氢氧化钠的浓度. 。,是盐酸溶液的浓度. 。,是氢氧化钠的体积 ,是滴定中消耗的盐酸溶液,是 吸附剂的质量. 。 .表征分析 红外光谱采用型傅立叶变换红外光谱仪,以溴化钾压片法。 扫描电子显微镜分析采用扫描电子显微镜对和吸附剂的理剂的合成及其吸 附性能研究 金处理。热重和热差分析采用 仪,测试温度从 开始,以 /的热速 率进行升温,温度升至 结束测试。测试过程中用氮气保护,并以氧化铝为参 比物。 广角射线衍射采用. 射线衍射仪。 .吸附实验 吸附容量和吸附率%分别表示如下: . 口:??× ‘ %:盟 . 其中,岔是吸附容量,小是所用吸附剂的质量,是溶液的体积, 是被吸附物的初始浓度, 是被吸附物的平衡浓度。 ..吸附剂对的吸附实验 试剂配制: 水中,稀释至 容量 乙二胺四乙酸二钠盐. 溶于 瓶中,备用。 乙酸.乙酸钠缓冲溶液:取无水乙酸钠 ,稀释至 溶于水后,加入冰醋酸 ,约为.。 。称取. 无水乙醇中。 吡啶偶氮萘酚指示剂: 固体溶于 氯化汞溶液:. 。称取. 水中,稀释至 固体氯化汞溶于 。 原装氨水,稀释至 缓冲溶液:取 溶于水中,加入 ,约为。 铬黑指示剂: 一。称. 三乙醇胺, 无水乙 铬黑溶于含有 醇溶液中,低温保存。 烘箱中干燥,稍冷后置于干燥器中冷却至室温,备用。 基准物质:于 , 溶液各 .溶液:先配制. 。的和. 然后在的碱性条件下,以铬黑作指示剂,用上述滴定,按所得比 第二章马来酸酐改性纤维素对重金属离子和有机染料的吸附研究 例把和混合,确保::。 溶液:市售与水等体积混合。 氨水: 体积市售氨水与体积水混合。 甲基红?。:%乙醇溶液。 测定方法: 实验中采用滴定法研究吸附剂对的吸附。吸附 取一定量的吸附剂于 锥形瓶中,加入 汞溶液,在一定条 附一定时间,然后过滤,取滤液 于 锥形瓶中,加入 蒸馏 的乙酸.乙酸钠缓冲溶液,再加入滴吡啶偶氮萘酚指示剂,用已标定的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 溶液滴定至溶液由红色变为亮黄色,即达到滴定终点,根据溶液的浓度 和消 耗的体积计算吸附后溶液中汞离子的浓度。 ..吸附剂对有机染料的吸附 试剂配制 碱性品红溶液:. 一。取. 蒸馏水中,稀释 的碱性品红溶于 到 。 亚甲基蓝溶液:. ~。取. 蒸馏水中,稀释 的亚甲基蓝溶于 到 。 结晶紫溶液:. 一。取. 蒸馏水中,稀释到 的结晶紫溶于 。 测定法法 实验中采用分光光度法研究吸附剂对有机染料的吸附【, 。首先,绘制 各种有机染料的标准曲线。吸附剂对有机染料的吸附方法如下:取一定量的 吸附剂 于 。锥形瓶中,加入 有机染料溶液,在一定条件下震荡吸附一定时间,然 后离心,取适量体积的有机染料上清液于 比色管中,用蒸馏水稀释至刻度线, 摇 匀。在 波长下,用分光光度计测定上清液中碱性品红的吸光度,再根据 标准曲线计算其浓度。在 波长下,用分光光度计测定上清液中亚甲基蓝 的吸光度,再根据标准曲线计算其浓度。在 波长下,用分光光度计测定 上清液中结晶紫吸光度,再根据标准曲线计算其浓度。性纤维素水处理剂的 合成及其吸附性能研究 法测定吸附剂中羧基的含量。为了得到准确的结果,实验 .,吸附剂中羧基的含量测定结果为. ~。 取 图. ; 以和 。两处出现了两个 图.是和的红外光谱图。在 以处的峰归属于 峰。 处峰的出现,归属于.中的伸缩,而 。 在 ‘处出现的峰,归属于马来酸酐和纤维素主体酯化后形成的酯键七, 。在和 。出现的峰归属于羟基伸缩,而在 的峰归属于.中 .的振动。红外光谱图中.和的出现,说明了马来酸酐已经成功和纤 维素主体发生了酯化反应。 第二章马来酸酐改性纤维素对重金属离子和有机染料的吸附研究 .扫描电镜表征 × × 图 图.是和的扫描电镜图。图和图相比较,表面变得粗糙, 而且有断裂的痕迹,说明了马来酸酐与纤维素主体发生了化学反应。粗糙的 表面使的吸 附剂的比表面积增大,为增多吸附结合位点提供了条件,有利于吸附剂对污 染物的吸附。 .热重和热差分析 图.是和的和曲线。纤维素和纤维素衍生物的热行为差异主 要体现在以下个方面:初始失重的温度,失重损失率,焓变化幅度, ,对应于 曲线中的峰所对应的温度‘。在曲线中,第一次失重在 曲线中的 ,这是由于样品中水分蒸发所造成的】。从。左右开始,失 ,是快速失重的过程, 重开始缓慢,这是热降解的初级过程【】。从 到 这一过程是主要的热降解过程,是由于糖苷单元的热裂解,以及.键的断裂所 致, 左右【】。 对应于曲线中的一个主要吸热峰,在 改性纤维素水处理剂的合成及其吸附性能研究 。 一巴暑母?卜芒兰 。图 . 的影响 用吸附法去除废水中的污染物,很大程度上都依赖于溶液的值。值的变化可 以影响吸附剂的表面电荷性质,电离程度和吸附形态,进而影响吸附剂的吸 附效果。为 了考察值的影响,进行了一系列的考察实验。通过改变水溶液的值,测定不同 第二章马来酸酐改性纤维素对重金属离子和有机染料的吸附研究 值下的吸附剂的吸附容量和吸附率,绘制成曲线,确定吸附剂对汞离子 亚甲基蓝和结晶紫的最佳吸附值。图是值对吸附剂吸附影响的 图; ; ; ,震荡时 图描述的是值对吸附剂吸附汞离子的影响,实验温度为 间为 。从图中可知,吸附剂对汞离子的吸附能力随着值的增大而增大,当值 大于时,汞离子溶液开始出现沉淀。在低值条件下,溶液中过多的与吸附剂中 的羧基结合而占据着活性位点,导致吸附剂对汞离子的吸附能力减】。当值范 围 在...时,吸附剂对汞离子的吸附容量显著增加,值大于.时,吸附剂对汞离 子的吸附容量达到. 并趋于稳定,吸附容量变化不大。从图中可以确定吸附 剂对汞离子吸附的最佳值为.。 图,,分别描述的是值对吸附剂吸附碱性品红、亚甲基蓝和结晶紫的 影响。当值大于时,碱性品红的结构发生了变化,溶液褪色【们。当值小于 的酸性条件下,随着酸度的增加,结晶紫溶液的颜色依次变化为蓝色.绿色。黄色【,当 值大于时,可以明显的观察到结晶紫与溶液中生成了乳状沉淀【。因此,本实验 研究吸附剂吸附碱性品红和结晶紫的值范围为...。从图和可知, 当值大于.时,碱性品红和结晶紫的吸附率趋于稳定,分别为%和%。调节 亚甲基蓝溶液的值为.、.、.、.、.、.、.,当值在范围... 时,亚甲基蓝的吸附率增大,当值在范围...时,亚甲基蓝的吸附率趋于稳定, 改性纤维素水处理剂的合成及其吸附性能研究 变化不明显,此时,亚甲基蓝的吸附率达到了.%。这是因为,值较低时,溶液 中一浓度较大,吸附剂中的羧基结合旷,产生质子化作用,带有正电荷的吸附剂会与 同性电荷的染料产生静电排斥作用,因而对染料的吸附率较低【】;值较高时,吸附 剂呈负电荷,与带正电荷的染料产生静电相互作用,因而染料的吸附率较高。根据实验 结果,碱性品红、亚甲基蓝和结晶紫的最佳值分别选定为.、.和.。 .温度的影响 , 本实验还考察了温度对汞离子和染料吸附过程的影响,温度考察范围为 结果如图.所示。图.描述的是温度对汞离子吸附的影响。当温度在? 范围内变化时,随着温度的提高,汞离子的吸附容量逐渐增大,说明温度的升 高对汞离 子的吸附有促进作用。当温度大于 时,汞离子的吸附容量逐渐稳定,变化不 明显。 。 因此汞离子的最佳吸附温度选定为 ?. ’ 柏一 芭 ?. 仁茎 ?椭叫?呻 ? 伸? ?口. 主明? ’产 厂蘸 . ?. ~~脯;::::图 ; ; ; 图.,,分别描述的是温度对碱性品红、亚甲基蓝和结晶紫吸附的影响。 当温度在. 时,碱性品红的吸附率随温度的升高而增大,从.%增加到 时,碱 .%,说明该过程是一个吸热过程,升高温度有利于吸附;当温度高于 时, 性品红的吸附率趋于稳定,变化不大。结晶紫与碱性品红类似,当温度在 以后趋于稳定。从图.可知,温度对亚甲 吸附率从.%增至.%;第二章马来酸酐改性纤维素对重金属离子和有机染料的 吸附研究 基蓝吸附的影响不显著,吸附率曲线近乎于一条直线,吸附率可达到. %。为 了方 。 便与后续试验,吸附剂对三种染料的最佳吸附温度都选定为 .震荡时间的影响 图.描述的是震荡时间对吸附过程的影响。从图.可知,汞离子的吸附容 量随着震荡时间的增大而增大,当震荡时间从增大至 时,汞离子的吸附容量 增大迅速,当震荡时间大于 时,吸附容量趋于稳定,变化不大。因此,汞离子 最佳吸附时间选定为 。从图.,,可知,吸附剂对碱性品红和结晶 紫的吸附随着时间的增大而增大,碱性品红在 时基本达到吸附平衡,吸附率为 .%;结晶紫在 之后达到吸附平衡,吸附率为.%。吸附剂对亚甲 基蓝的吸附随时间变化不明显,说明亚甲基蓝在短时间内即可达到吸附平衡,当时间为 时,吸附率已达到.%。因此,碱性品红、亚甲基蓝和结晶紫的最佳吸附时 间分别为、和 。 圈; ; ;, .动力学研究 溶液中固体对溶质的吸附是一种经常伴有复杂动力学的过程。吸附动力学反映的是 吸附过程中吸附随时间变化的情况,从而揭露物质结构与吸附性能之间的关系,还可以 根据吸附动力学模型对吸附过程及吸附结果进行预测。实验中用两个速率方程:准一级 改性纤维素水处理剂的合成及其吸附性能研究 动力学方程,来考察分析吸附过程‘。 程??:: 其非线性形式: ? 吼一一即 其线性形式: ? 。一毛 准二级动力学方程?.:: ? :乞吼一 “ 其线性形式: .。 二:上土 一???一 : 其中, 。 ‘是吸附过程中准一级反应动力学速率常数, 是平衡 ’是吸附过程中准二级反应动力学速率常数 时的吸附容量, 。 是,时刻的吸附量。,是吸附时间。当趋近于时,初始吸附速率如下表示: ; 图是吸附剂吸附汞离子、碱性品红、亚甲基蓝和结晶紫的准二级动力学线性方 程曲线。动力学研究的各个参数和结果见表?。 ..裹?第二章马来酸酐改性纤维素对重金属离子和有机染料的吸附研究 /;. 一 图 ? ; ; ; 以抛像.,为纵坐标,为横坐标,作图,对得到的曲线进行线性拟合,通过直线 的斜率和截距,可以求得幻;以均,为纵坐标,为横坐标,作图,对得到曲线进行线性 拟合,通过直线的斜率和截距,可以求得幻。从表?的数据可知,采用准二级动力学 线性方程拟合曲线的线性相关系数较高,因此,该吸附剂吸附、碱性品红、亚 甲基蓝和结晶紫的动力学过程更符合准二级动力学方程。 .吸附等温线研究 等温线可以说明溶液中吸附质的平衡浓度和吸附剂上吸附质的当量之间的关系【】。 本实验中,为了研究吸附曲线的类型,在最佳吸附条件下,考察了、 和三种等温吸附模型。 改性纤维素水处理剂的合成及其吸附性能研究 . 一:? 詈多? 。 ’吮,壶 其中, 和。 分别是平衡时的吸附质的浓度和吸附容量。 和 一分别是型吸附参数即最大吸附量和吸附结合能,根据公式?, 以为纵坐标,为横坐标,作图可得到斜率缈和截距/。 等温吸附式刚: 上 。群哆 也可写成: 砟二 和 分别是平衡时的吸附质的浓度和吸附容量。繇和// 其中, 分别是型吸附参数即最大吸附量和非均质系数。根据公式?,以 为纵坐标,砌为横坐标,作图可得到斜率砌和截距。 等温吸附式【】: . 吼:譬譬分别是平衡时的吸附质的浓度和吸附容量。 其中, 和。 .是理想气体常数。是绝对温 和 ’分别是常数。. : 。以为纵坐标,为横坐标,作图可得 度: ; 到斜率/’和截距已舫。 将实验数据代入三种等温吸附模型中进行研究,图.是吸附剂吸附、 碱性品红、亚甲基蓝和结晶紫的拟合线性曲线。表.是各等温吸附模型的参 数。 从图.和表?可知,吸附剂对的吸附过程中,等温吸 附模型的相关系数‖在三种吸附模型中最为接近于,因此,吸附剂对的 吸附过程符合等温吸附模型。而吸附剂对三种染料的吸附过程中,无论 是哪种染料,都是等温吸附模型的相关系数最为接近于,这说明了采用 等温吸附模型来描述吸附剂对碱性品红、亚甲基蓝和结晶紫的吸附过程更为 合 适。从表.可知,碱性品红、亚甲基蓝和结晶紫的最大吸附容量分别为:. 一, . 岔,. 。 第二章马来酸酐改性纤维素对重金属离子和有机染料的吸附研究 州 .口 图.;; ?; 表. . . . .. . .. . .. . . . . . . . . .. . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .. 一 一 . . . . . .. . . . . . . .