含硫改性殼聚糖/納米纖維素氣凝膠的制備及其吸附性能研究

【摘要】： 隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展,造紙、印刷、電解電鍍等化學(xué)工業(yè)排放出大量含重金屬離子的廢水,這些重金屬離子易富集,不易降解,對人類的健康和生態(tài)環(huán)境造成了嚴(yán)重危害。因此,尋求高效、環(huán)保、經(jīng)濟的去除重金屬離子的方法尤為重要。最近,具有較大比表面積及眾多吸附位點的氣凝膠和納米材料受到越來越多的關(guān)注。氣凝膠是具有高比表面積的多孔三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),特殊的三維結(jié)構(gòu)使其具有更大的空隙,易將微生物和功能性粒子固定在其中。納米材料中的納米微晶纖維素(NCC),具有比表面積大、反應(yīng)活性高、體積小等優(yōu)點,是吸附重金屬離子的良好吸附劑。殼聚糖含有大量的氨基和羥基,能夠通過氫鍵、螯合等作用對重金屬離子進行吸附。但是,由于其易溶脹和力學(xué)性能差等缺點,導(dǎo)致其很難被直接應(yīng)用于重金屬離子的去除。為了提高應(yīng)用性,需要對天然的殼聚糖進行化學(xué)改性。因此,本文以殼聚糖為原料,先對其進行改性,接著通過復(fù)合NCC,制備出性能優(yōu)異的氣凝膠,用于重金屬離子的去除。本研究首先以殼聚糖為原料,通過乙?；男?將二硫代二丙酸二甲酯接枝到殼聚糖上,合成含硫改性殼聚糖。并采用紅外光譜(FT-IR)、核磁共振波譜(1H NMR)、X射線衍射(XRD)、熱重(TG)和X-射線能譜(EDS)分析對殼聚糖和含硫改性殼聚糖進行表征。FT-IR、1H NMR和EDS表明殼聚糖分子已經(jīng)成功的引入了二硫代二丙酸二甲酯;XRD和TG表明含硫改性殼聚糖的結(jié)晶度和熱穩(wěn)定性均降低。其次,以殼聚糖和含硫改性殼聚糖為原料,制備得到殼聚糖氣凝膠和含硫改性殼聚糖氣凝膠;并且采用FT-IR、XRD、TG、掃描電鏡(SEM)和比表面積(BET)等方法對產(chǎn)物進行表征;考察了不同因素,如溶液的pH值、初始濃度、吸附時間和吸附劑的添加量等對Hg~(2+)的吸附情況。實驗結(jié)果表明,在pH=5、吸附劑的添加量為30.0 mg、Hg~(2+)溶液初始濃度為100 mg/L時,兩種吸附劑對Hg~(2+)的吸附容量均達到最大,含硫改性殼聚糖氣凝膠的吸附容量比未改性的殼聚糖氣凝膠的吸附容量提高了34.2%。含硫改性殼聚糖氣凝膠對Hg~(2+)的吸附符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型,等溫吸附符合Langmuir模型,吸附過程為自發(fā)的吸熱反應(yīng),吸附劑可用乙二胺四乙酸(EDTA)脫附再生。最后,以NCC和含硫改性殼聚糖為原料,制備得到含硫改性殼聚糖/NCC復(fù)合氣凝膠;并且采用SEM和BET等方法對復(fù)合氣凝膠進行表征;考察了不同因素,如溶液的pH值、初始濃度、吸附時間和吸附劑的添加量等對Hg~(2+)的吸附情況。實驗結(jié)果表明,在pH=5、吸附劑的添加量為30.0 mg且Hg~(2+)溶液初始濃度為100 mg/L時,復(fù)合氣凝膠的最大吸附容量較含硫改性殼聚糖氣凝膠的吸附容量提高了2.02%。復(fù)合氣凝膠對Hg~(2+)的吸附過程符合擬二級動力學(xué)模型,等溫吸附符合Langmuir模型,吸附過程為自發(fā)的吸熱反應(yīng)。復(fù)合氣凝膠能用EDTA脫附再生。

【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017

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