羧甲基化纤维素纳米纤丝材料的制备及其Cu 2+ 吸附性能

发布时间：2022-07-02 11:54

　　水是生命之源,维持着地球整个生态系统的正常运转。随着重金属在人类社会的广泛应用,伴随而来的水体系重金属污染对人类和动物的生命健康造成严重威胁。纤维素纳米纤丝是一种新兴的生物质吸附材料,凭借其独特的环境友好特性和物化特性（如比表面积高、扩散距离短、高的化学反应活性等优点）,在水体系重金属污染治理领域展现出巨大的应用潜力。开展纤维素纳米纤丝吸附材料的研究对保护人类与动物生命健康,维持生态系统的可持续发展以及实现我国绿色发展战略具有现实意义。通过化学改性为纤维素纳米纤丝引入吸附活性位点是实现其在重金属污染治理领域应用的重要前提。然而,当前报道的化学改性方法还存在改性过程复杂、活性位点引入量有限的问题。针对上述问题,本文提出将活性位点的引入与纤维素纳米纤丝（CNFs）的制备合二为一制备CNFs的策略,利用非选择性的羧甲基化法对纤维进行改性,再结合均质处理工艺,制备出高羧基含量的羧甲基化纤维素纳米纤丝（CMCNFs）。通过调控氢氧化钠和氯乙酸的用量,制备得到最高羧基含量为2.7 mmol/g的CMCNF-2.7。通过透射电镜（TEM）和原子力显微镜（AFM）表征证明,CMCNFs的形态、直径和长... 

【文章页数】：104 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
主要符号表
第一章 绪论
    1.1 水污染现状
        1.1.1 水污染来源、种类及其危害
    1.2 水体系重金属污染现状
        1.2.1 重金属废水的来源、种类及危害
        1.2.2 重金属废水处理方法
    1.3 纤维素纳米纤丝概述
        1.3.1 纤维素纳米纤丝来源、结构及性质
    1.4 纤维素纳米纤丝吸附材料的研究现状
        1.4.1 纤维素纳米纤丝的制备
        1.4.2 纤维素纳米纤丝的化学改性
        1.4.3 纤维素纳米纤丝的结构设计
            1.4.3.1 膜结构
            1.4.3.2 体结构
    1.5 本课题研究意义、内容及创新点
        1.5.1 研究意义
        1.5.2 研究内容
        1.5.3 主要创新点
第二章 实验技术及测试方法
    2.1 实验试剂与实验仪器
        2.1.1 实验试剂
        2.1.2 实验仪器
    2.2 CMCNFs的制备与结构表征
        2.2.1 红外光谱表征
        2.2.2 Zeta电位测试
        2.2.3 直径表征
        2.2.4 长度表征
        2.2.5 晶体结构表征
        2.2.6 羧基含量测定
        2.2.7 得率测定
    2.3 吸附材料对Cu~(2+)吸附性能测试
    2.4 CMCNFs的 Cu~(2+)吸附机理
        2.4.1 元素分布
        2.4.2 微观形貌表征
        2.4.3 XPS表征
    2.5 CMCNFs去除水体系Cu~(2+)的应用性能
    2.6 CMCNFs凝胶球的制备与结构表征
        2.6.1 CMCNFs凝胶球形成过程
        2.6.2 NaCl溶液渗透实验
        2.6.3 微观结构表征
        2.6.4 负载量测试
        2.6.5 负载厚度表征
        2.6.6 热重分析
    2.7 CMCNFs凝胶球的Cu~(2+)吸附机理
        2.7.1 SEM表征
        2.7.2 XPS表征
    2.8 CMCNFs凝胶球去除水体系Cu~(2+)的应用性能
        2.8.1 抗压性能测试
        2.8.2 弹性测试
        2.8.3 循环性测试
        2.8.4 储存稳定性测试
        2.8.5 回复性表征
        2.8.6 残余Ca~(2+)浓度测试
        2.8.7 CMCNFs凝胶球柱式吸附性能
    2.9 吸附机制研究
        2.9.1 吸附等温线
        2.9.2 吸附动力学
第三章 羧甲基化纤维素纳米纤丝制备的研究
    3.1 引言
    3.2 CMCNFs的制备
    3.3 CMCNFs的结构和性能表征
        3.3.1 制备工艺
        3.3.2 羧基含量测定
        3.3.3 CMCNFs得率
        3.3.4 Zeta电位表征
        3.3.5 红外光谱表征
        3.3.6 XRD表征
        3.3.7 TEM表征
        3.3.8 AFM表征
    3.4 本章小结
第四章 羧甲基化纤维素纳米纤丝的Cu~(2+)吸附性能研究
    4.1 引言
    4.2 CMCNFs的 Cu~(2+)的吸附性能
        4.2.1 pH对吸附性能的影响
        4.2.2 Cu~(2+)初始浓度对吸附性能的影响
        4.2.3 接触时间对吸附性能的影响
        4.2.4 羧基含量对吸附性能的影响
        4.2.5 吸附等温线
    4.3 CMCNFs的 Cu~(2+)吸附机理
        4.3.1 SEM-EDS元素分析
        4.3.2 XPS表征
        4.3.3 吸附动力学
        4.3.4 吸附机理
    4.4 CMCNFs去除水体系Cu~(2+)的应用性能
    4.5 本章小结
第五章 羧甲基化纤维素纳米纤丝凝胶球的制备及其Cu~(2+)吸附性能研究
    5.1 引言
    5.2 CMCNFs凝胶球CAb的制备
    5.3 CMCNFs凝胶球的形成机制
        5.3.1 CMCNFs的负载
        5.3.2 微球形成过程表征
        5.3.3 盐效应对凝胶球形成的影响
        5.3.4 ESEM表征
        5.3.5 光学显微镜表征
    5.4 CMCNFs凝胶球Cu~(2+)吸附性能
        5.4.1 pH对吸附性能的影响
        5.4.2 时间对吸附性能的影响
    5.5 CMCNFs凝胶球的Cu~(2+)吸附机理
        5.5.1 吸附等温线
        5.5.2 吸附动力学
        5.5.3 SEM表征
        5.5.4 XPS表征
    5.6 CMCNFs凝胶球的应用性能
        5.6.1 弹性性能测试
        5.6.2 抗压能力测试
        5.6.3 储存稳定性测试
        5.6.4 回复性表征
        5.6.5 循环性表征
        5.6.6 残余Ca~(2+)浓度测试
        5.6.7 柱式吸附工艺去除水体系Cu~(2+)的应用性能
    5.7 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间取得的研究成果
致谢
附件


【参考文献】：
期刊论文
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[4]电渗析技术（EDR）在废纸造纸行业废水脱盐中的应用试验[J]. 樊惠娜,郭琳琳.  环境与可持续发展. 2019(03)
[5]纳米纤维素去除水体系重金属离子的研究进展[J]. 覃发梅,邱学青,孙川,丁子先,方志强.  化工进展. 2019(07)
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[8]铜催化下含氮化合物的Chan-Lam偶联反应的研究进展[J]. 段希焱,刘宁,王佳,马军营.  有机化学. 2019(03)
[9]化学沉淀法处理重金属废水的研究进展[J]. 马健伟,任淑鹏,初阳,宋亚瑞,刘美琪.  化学工程师. 2018(08)
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博士论文
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硕士论文
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[3]南海红树林内源真菌Fusarium sp.#ZZF51生物吸附铜（Ⅱ）、铀（Ⅵ）研究[D]. 阳海斌.南华大学 2012



本文编号：3654320