纤维素基复合材料的制备及其对水中重金属镍离子的去除性能研究

发布时间：2020-11-14 00:00

　　 随着工业的发展和人们生活水平的提高不可避免地会产生大量重金属污染废水,对人类健康和生态环境具有很大的危害。柚子皮是一种自然界大量存在且来源广泛的天然高分子生物材料,其表面含有大量的活性官能团,能有效地与水体中的放射性核素络合,是一种廉价的、环境友好的、高效的重金属去除材料。柚子皮材料的开发和研究对重金属污染废水的处理具有重大意义。本研究以柚子皮作为吸附材料,研究对水中重金属镍的去除效果。研究结果表明镍在柚子皮上的吸附速率很快,并满足拟二级动力学方程。在低pH下,吸附受pH和离子强度的影响较大,且吸附随离子强度的增加而减小;在高pH下,离子强度对镍在柚子皮上的吸附无影响。Langmuir模型能够很好地拟合吸附等温线,298 K下的q_(max)值为80 mg/g。以柚子皮作为原料制备出了柚子皮纤维素吸附材料,并研究其对水中重金属镍的去除效果。研究结果表明镍在柚子皮纤维素上的吸附速率很快,并满足拟二级动力学方程。在低pH下,镍在柚子皮纤维素上的吸附受pH和离子强度的影响较大,且吸附随离子强度的增加而减小;在高pH下,离子强度对镍在柚子皮纤维素上的吸附无影响。Langmuir模型能够很好地拟合吸附等温线,298 K下的q_(max)值为120 mg/g。通过对柚子皮纤维素进行改性制备出羧基化纤维素,并研究其对水中重金属镍的去除效果。研究结果表明镍在羧基化纤维素上的吸附速率很快,并满足拟二级动力学方程。在低pH下,镍在羧基化纤维素上的吸附受pH和离子强度的影响较大,且吸附随离子强度的增加而减小;在高pH下,离子强度对镍在羧基化纤维素上的吸附无影响。Langmuir模型能够很好地拟合吸附等温线,298 K下的q_(max)值为136 mg/g。总之,柚子皮作为一种天然的高分子材料,通过简单的提取和进一步的改性,能够实现对水中重金属的高效、廉价的去除,在污水处理领域有很大的应用前景。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X703;O647.3
【部分图文】：

对金属离子的吸附容量小且选择性低。这种分子结构使得纤维素具有亲水性、手性和可降解性，同时具有发生多种化学反应的可能性。图2.1 纤维素的分子结构Fig2.1 Molecular structure of cellulose制备纤维素的原料的主要来源是自然界中在光合作用条件下合成的天然生物质纤维素，此类纤维素的结晶度通常较大，不溶于普通溶剂。为使纤维素在应用中更加安全可行，我们一般通过氧化、水解或生物降解等方式，破坏天然纤维素的大分子链，从而降低纤维素的结晶度，以达到提高纤维素进行化学反应的可及度的目的；也可通过酯化、醚化、接枝共聚反应和交联反应等对天然纤维素进行改性，以使其增添其本身不具备的性能，拓宽天然纤维素在废水中重金属去除的适用性。

3.2 结果与讨论3.2.1 柚子皮的傅里叶红外光谱表征图3.1为柚子皮的傅里叶红外光谱表征结果。在3404 cm 1，2920 cm 1，1750cm 1，1646 cm 1，1434 cm 1，1374 cm 1，1062 cm 1左右处的吸收峰是柚子皮的特征吸收峰[78, 79]。3404 cm 1处出现的强烈的宽吸收峰为纤维素的-OH伸缩振动峰，2920 cm 1处出现的吸收峰为饱和C-H伸缩振动峰

第三章 柚子皮对水中重金属镍的去除性能研究液中剩下的镍必须扩散到柚子皮的内表面才能实现吸附，而这种内部扩散运比较缓慢的，导致了后期吸附速率的增加放缓。总的来说，镍在柚子皮上的过程是比较快的，6h 足以达到平衡。这一现象表明镍在柚子皮上的吸附主因于化学吸附作用或表面络合作用，而非物理吸附作用。为了对镍在柚子皮上的吸附进行动力学研究，我们对结果进行了准二级动拟合，方程表达式为：21 12t e ettq Kq q （3.2）式中，qt和 qe分别指 t 时刻和吸附平衡后镍在柚子皮上的吸附量（mg/g 指镍在柚子皮上吸附的准二级速率常数(g/(mg h))。图 3.2 中的插图展示了准动力学拟合曲线，相关系数为 0.996，非常接近 1，实验数据拟合地非常好模型适用于本实验。
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本文编号：2882814