除砷吸附剂制备与构效关系研究

发布时间：2017-08-11 14:37

  本文关键词：除砷吸附剂制备与构效关系研究

  更多相关文章： As(III) 废麦糟 改性 吸附剂制备 吸附机理 构效关系

【摘要】：含砷废水来源广、处理难,已经严重危及国民健康。砷是一种有毒物质,毒性高度与价态有关,其中三价砷毒性要高于五价砷和元素砷。目前采用传统的沉淀法、氧化法、生物法等来处理含As(Ⅲ)水已无法满足我国日趋严格的环保要求。每年我国啤酒行业产生的大量废麦糟除了焚烧和作为家禽饲料外,并无更好的处理处置方法。本文针对低浓度含As(Ⅲ)水深度去除难的问题,选用啤酒工业废产物麦糟为主要原料进行研究。借助现代仪器分析手段,研究确定了三处来源不同的废麦糟的组成和结构特征。废麦糟的主要成分为纤维素、半纤维素和木质素,元素组成以C和O为主,其富含羟基、羧基等可参与吸附的活性含氧官能团,这为其制备高效的除砷吸附剂提供了有利条件。取分别含有羟基(甲醇和乙醇)、羧基(乙酸)、酰胺基(阳离子型PAM、阴离子型PAM、非离子型PAM)、氨基(乙二胺)、巯基(巯基乙酸)等基团的化合物对麦糟进行改性,通过现代测试手段对改性前后麦糟的结构特性进行分析,以考察不同基团与除砷效果之间的构效关系。基于羟基、酰胺基、氨基改性麦糟处理含砷水已有研究,本文采用了含羧基、巯基的化合物对麦糟进行改性以制备除砷吸附剂。乙酸改性麦糟吸附剂对水中As(Ⅲ)具有一定的吸附效果,最佳pH、投加量、反应时间分别为7、8 g/L、1 h。其吸附As(III)符合拟二级动力学方程,吸附反应在试验温度范围内是自发进行的,吸附模型更符合Freundlich吸附等温线模型,且吸附模型参数k值随温度升高也有所增加,说明升高温度使吸附强度增加了。采用巯基乙酸改性麦糟作为吸附剂吸附水中As(III)的吸附效果要远高于乙酸改性麦糟吸附剂,最佳pH、投加量、反应时间分别为7、4 g/L、1 h。巯基乙酸改性麦糟吸附剂对As(III)的吸附行为更符合Langmuir吸附等温线模型,吸附反应在试验温度范围内是自发进行的一个放热过程,且单分子层的饱和吸附量(qm)值随着温度的升高有所增加,说明升高温度还是有利于吸附反应的进行。巯基乙酸改性麦糟吸附剂吸附As(III)符合拟二级动力学方程,且二级动力学拟合方程计算得到的理论吸附量值(0.2022mg/g)与实验值(0.1982 mg/g)较吻合。对改性麦糟进行构效关系研究分析,改性后麦糟表面结构形貌较未改性麦糟表面凹凸不平且褶皱、凹槽和断裂现象较明显。改性麦糟在波数为3425 cm-1、2927 cm-1、1656 cm-1、1039 cm-1和610 cm-1处的主要吸收峰振动强弱均强于未改性麦糟,含不同官能团改性剂改性后的麦糟在其相应基团吸收峰处的振动均有所增强。改性麦糟物理和化学结构特性的不同对其吸附As(Ⅲ)的效果也会产生较大的影响。含不同官能团改性剂(即改性剂种类)对麦糟进行改性会造成麦糟物性-比表面积的不同,进而对含As(III)水的吸附效果也不同。
【关键词】：As(III) 废麦糟 改性 吸附剂制备 吸附机理 构效关系
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;O647.33
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第一章 文献综述11-20
• 1.1 引言11
• 1.2 含砷水的研究现状11-13
• 1.2.1 砷的危害11
• 1.2.2 砷的主要来源11-12
• 1.2.3 砷的污染现状12
• 1.2.4 含砷水的治理现状12-13
• 1.3 生物吸附法处理含砷水的现状13-14
• 1.3.1 活体生物法13
• 1.3.2 死体生物法13-14
• 1.4 纤维素类吸附剂在水处理中的应用14-17
• 1.4.1 纤维素的性质14-15
• 1.4.2 纤维素的物理改性15
• 1.4.3 纤维素的化学改性15-16
• 1.4.4 改性纤维素吸附剂的分类16-17
• 1.5 废麦糟的改性及其在水处理中的应用17-18
• 1.6 选题意义及研究内容18-20
• 1.6.1 课题来源18
• 1.6.2 选题意义18-19
• 1.6.3 研究内容19-20
• 第二章 试验材料与方法20-25
• 2.1 试验材料试剂及设备20-21
• 2.2 麦糟改性方法21
• 2.3 改性麦糟吸附剂结构特性分析21-22
• 2.3.1 构效关系21
• 2.3.2 电镜扫描分析21
• 2.3.3 能谱分析21-22
• 2.3.4 木质纤维素等含量的测定22
• 2.3.5 红外光谱分析22
• 2.4 试验方法22
• 2.5 基本参数的表达及吸附模型22-25
• 2.5.1 基本参数的表达22-23
• 2.5.2 吸附动力学模型23
• 2.5.3 吸附等温线模型23-24
• 2.5.4 吸附热力学模型24-25
• 第三章 麦糟的组成和结构特性研究25-33
• 3.1 麦糟表面形貌特征25-26
• 3.2 麦糟的元素组成26-28
• 3.3 木质纤维素等含量的测定28-29
• 3.4 红外光谱分析29-30
• 3.5 吸附剂原料的选择30-31
• 3.6 吸附剂原料的表面电荷特征分析31-32
• 3.7 本章小结32-33
• 第四章 改性麦糟吸附剂的制备33-38
• 4.1 引言33
• 4.2 改性麦糟吸附剂制备的影响因素33-36
• 4.2.1 改性剂的选择33-34
• 4.2.2 改性剂用量的影响34-35
• 4.2.3 改性温度的影响35
• 4.2.4 改性时间的影响35-36
• 4.3 能谱分析36-37
• 4.4 本章小结37-38
• 第五章 改性麦糟吸附剂吸附低浓度含AS(III)水的研究38-51
• 5.1 吸附试验影响因素分析38-43
• 5.1.1 溶液pH值对改性麦糟除砷效果的影响38-39
• 5.1.2 吸附剂用量对改性麦糟除砷效果的影响39-40
• 5.1.3 吸附时间对改性麦糟除砷效果的影响40-41
• 5.1.4 初始浓度与温度对吸附效果的影响41-43
• 5.2 吸附AS(III)的机理分析43-49
• 5.2.1 吸附动力学研究43-44
• 5.2.2 吸附等温模型44-46
• 5.2.3 吸附热力学研究46-47
• 5.2.4 能谱分析47-48
• 5.2.5 扫描电镜分析48-49
• 5.3 本章小结49-51
• 第六章 改性麦糟构效关系研究51-63
• 6.1 引言51
• 6.2 改性麦糟吸附剂的构效关系51-58
• 6.2.1 改性麦糟表面形貌结构特征51-54
• 6.2.2 改性麦糟红外光谱分析54-58
• 6.3 除砷吸附剂构效关系研究58-60
• 6.4 改性麦糟构效关系模型研究60-62
• 6.5 本章小结62-63
• 第7章 结论与建议63-65
• 7.1 结论63-64
• 7.2 建议64-65
• 参考文献65-69
• 致谢69-70
• 攻读硕士学位期间的研究成果70-71

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本文编号：656670