吸附重金属水凝胶的制备及其在冶金污泥资源化中的应用

发布时间：2020-05-06 22:56

【摘要】：当今社会科学技术的进步离不开工业的发展,但工业迅猛发展的同时也导致了自然生态环境的失衡,其中废弃重金属由于自身难以降解的特性对环境污染尤甚。木质素磺酸盐是造纸工业中的废弃物,来源广、产量大、价格低、还可再生。利用木质素磺酸钠吸附冶金污泥中的重金属离子,具有以废治废、资源再利用和保护环境的现实意义。本文利用木质素磺酸钠,合成和表征了两种木质素磺酸钠的吸附材料,分别为改性木质素磺酸钠和壳聚糖-木质素磺酸钠水凝胶,并考察了对这两种吸附剂的吸附性能。此外,还从微观尺度建立了木质素磺酸钠吸附铅离子的分子模型,对木质素磺酸钠与铅离子的吸附机理进行了探讨。主要研究内容和结果如下:1.采用了氧化和磺化的化学改性方法,成功制备了改性木质素磺酸钠。研究了不同因素下(如初始浓度、pH、温度、吸附时间)改性木质素磺酸钠的吸附性能。实验结果表明:改性的木质素磺酸钠对铅、镉离子的吸附饱和量均会受到pH、吸附时间和初始浓度三个因素的影响,但受温度的影响不大。通过拟合的动力学相关系数R~2可知改性木质素磺酸钠对铅、镉离子的静态吸附过程均能较好的符合准一级动力学模型,且吸附过程与Langmuir等温吸附模型拟合更佳。2.制备了以木质素磺酸钠、壳聚糖为原料的高分子水凝胶。通过对该水凝胶SEM表征显示,水凝胶的表面局部有尺寸大小不等的空隙存在;采用氮气吸附法测得水凝胶的平均孔径为9.8 nm、比表面积为0.2678 m~2/g、孔容为0.00014cm~3/g,属于介孔水凝胶。研究了不同因素下(初始浓度、pH值、温度、吸附时间)木质素磺酸钠水凝胶对铅离子的吸附性能。实验结果表明:当pH等于5时,此水凝胶对铅离子铅离子的吸附量达到最大;随着温度的升高变化不明显;在铅离子浓度为400 mg/L内,随着初始浓度的变大而吸附量增大。动力学研究结果表明,木质素磺酸钠水凝胶对铅离子的静态吸附过程满足准二级动力学模型,吸附过程与Langmuir等温吸附模型拟合更好。3.通过实验与密度泛函理论计算相结合的方法,从分子微观尺度上揭示了木质素磺酸钠吸附铅离子的本质。建立了木质素磺酸钠模型,并在此模型下,利用密度泛函方法,在B3LYP/6-311G(d,p)水平下优化了木质素磺酸钠及吸附铅离子后的结构;通过表面静电势分析,发现木质素磺酸钠模型中,磺酸基、苯环上羟基、甲氧基均为吸附活性位点;但通过电荷分解分析、分子占据轨道分析以及相互作用能比较,磺酸基吸附铅离子更稳定;这与吸附实验磺化改性木质素比氧化改性木质素对铅离子有更大的吸附量的结果相一致,说明在木质素吸附铅离子过程中,通过改性增加磺酸基将更有利于吸附。
【图文】：

状态图,胞间层,木质,细胞

概述拥有三维[11]。木质材的机械木质素是最高，但会上升[13邻的细胞维立体、无质素是使纤械强度、抵是不均匀的但是在细胞3]。木质素胞被其粘结无定型结构纤维素纤维抵御多种微的分布于植胞内部含量素是植物细结在一处，构的天然维之间粘微生物的侵植物结构量又会减细胞壁和如图 1.1高分子聚粘结和加固侵扰、维中：一般小的，在胞间层细所示[14]。聚合物固的物维持木般而言在次生细胞间

木质素,单元结构,甲氧基

图 1.2 木质素单元结构图Fig 1.2 Lignin unit structure木质素分子是具有多样性的活性基团和化学键的，，不同种类的、不提取方法的木质素，其含量和分布虽千差万别，但其中也不乏具有代性的官能团，比如：（1）甲氧基（-OCH3）甲氧基在木质素分子中是最具代表性的。不同种类木质素的甲氧基量差异明显，特别是阔叶树木质素的结构单元中含有紫丁香基和愈创基两种结构单元，所以阔叶树木质素的甲氧基数量针叶树木质素多很[17]。虽然一般条件下甲氧基在木质素分子中稳定性比较好不会发生变，但是如果木质素在高温的条件下也可能因为甲氧基键断裂而转变成醇。
【学位授予单位】：武汉工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X756;TQ427.26

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