壳聚糖调控纳米钙氧化物的制备及其对水中氟离子高效净化研究

发布时间：2019-07-26 07:23

【摘要】：氟是生物体必需的微量元素之一,但是过多的氟摄入人体会引起一系列的疾病如脑组织损伤、氟骨症、神经系统疾病等。在多种的除氟技术中,吸附方法具有操作简单、成本低廉、去除效果高效等优势而被广泛应用。壳聚糖作为世界上第二大丰富的多糖,含有丰富的氨基和羟基,具有良好的生物相容性及无毒害等优势,在水处理领域中具有可观的应用前景。本文主要以天然高分子壳聚糖作为调节剂来调控钙基矿化物的形成,在纳米氧化物制备的基础上进一步考查纳米颗粒的尺寸、形貌、微观结构对提高纳米钙氧化物类材料的除氟性能具有重要的作用。本文比较了两种构型的壳聚糖(α-壳聚糖和β-壳聚糖)作为调节剂来制备纳米颗粒的差异主要研究内容及成果如下:(1)研究了由α-壳聚糖诱导的纳米钙磷石形貌调控及其在饮用水中的高效除氟作用。采用来源广泛的α-壳聚糖作为调节剂来调控出不同形貌结构的钙磷石,作为新型除氟吸附剂,并研究其吸附特性。实验结果表明:采用质量浓度为0.01 wt%的α-壳聚糖作为调节剂时,可以调控出大小为100~200 nm的花瓣状的钙磷石纳米片,其具有最佳的除氟效果,准二级动力学和Langmuir吸附模型可以很好地阐述除氟吸附过程,根据Langmuir吸附等温线可以拟合纳米花瓣状钙磷石的饱和吸附容量达231.5 mg/g,并且纳米钙磷石除氟具有较宽泛的pH适用范围,Cl~-、NO_(3-)、SO_4~(2-)、HCO_3~-等共存离子对吸附几乎没有影响,而CO_3~(2-)和的存在会对脱氟过程产生抑制,在实际应用中应该倍加注意。以上实验结果表明纳米花瓣状钙磷石在实际应用中具有很大的优势。(2)制备了β-壳聚糖调控的纳米钙磷石,并考察了其除氟性能。以氯化钙、磷酸二氢钠作为前驱体,添加β-壳聚糖大分子进行调控,通过化学沉淀法制得β-壳聚糖/钙磷石纳米复合物脱氟材料。XRD、TEM、SEM等表征结果显示本研究所制得复合物主要成分为透钙磷石(Brushite)与三斜磷钙石(Monetite),主要由大小为100 nm左右的花瓣状薄片组成。脱氟性能测试结果表明使用0.01 wt%β-壳聚糖作为调控剂制得的纳米钙磷石复合物脱氟性能较优:其对浓度为10~50 mg/L、体积为20 m L的含氟水去除率在吸附2 h后可达99.3%,由Langmuir方程拟合得吸附饱和量qm为123.67 mg/g。同时,含氟水的p H值变化对吸附影响较小;常见阴离子对其吸附效果几乎没有影响。壳聚糖可以诱导纳米钙磷石形貌调控,不同类型的壳聚糖可以调控出不同形貌的钙磷石。α-壳聚糖可以调控出纳米花瓣状钙磷石,β-壳聚糖可以调控出透钙磷石和三斜磷钙石,两种类型壳聚糖相比,α-壳聚糖调控出的纳米钙磷石具有较大的吸附量。
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ424;TU991.2

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本文编号：2519424