改性麦糟吸附剂处理重金属废水的研究
发布时间：2021-01-18 03:47
重金属废水来源广泛,是重金属的重点污染源,严重危及饮用水安全及国民健康。目前主要采用的传统石灰中和沉淀法已无法满足我国日趋严格的环保要求,迫切需要研发重金属废水高效深度净化新方法。我国产量居世界第一的啤酒行业产生大量废麦糟,不仅严重污染了环境,而且浪费了宝贵资源。因此,本文针对废水中重金属离子深度去除难的问题,选用啤酒工业废产物麦糟为主要原料,以深度净化为目标,开展深层的理论基础研究及重金属废水处理研究,以制备高效的吸附剂。主要研究内容及创造性成果如下：借助核磁共振等现代分析手段,研究确定了所使用麦糟的组成和结构特征。麦糟的主要成分为：纤维素（23.6%）、半纤维素（18.9%）、木质素（11.5%）和蛋白质（22.3%）,其中富含羟基,表现出多元醇的性质。麦糟本身具有吸附重金属离子的能力,同时又能够发生酯化等一系列化学反应,为引入有利于吸附重金属离子的功能基团提供了有利条件。基于麦糟的组成和结构特征,利用Materials Studio 4.0软件的DMol3模块构建了麦糟含有的和可能引入的各基团（羟基、氨基、酰胺基、羧基、巯基）与不同重金属离子（Cu2+）、Pb2+、Zn2+、Cd...
【文章来源】：中南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：215 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
1.1 重金属废水的来源、危害及治理现状
1.1.1 重金属废水的来源及危害
1.1.2 重金属废水的处理现状
1.1.3 生物吸附法处理重金属废水的研究现状
1.2 麦糟的来源、特征及利用现状
1.2.1 麦糟的来源及特征
1.2.2 麦糟的利用现状
1.3 木质纤维素类吸附材料的改性方法
1.3.1 物理改性方法
1.3.2 化学改性方法
1.3.3 麦糟的改性方法
1.4 木质纤维素类材料吸附重金属离子的机理
1.4.1 表面络合机理
1.4.2 离子交换机理
1.4.3 氧化还原机理
1.5 本研究意义与内容
1.5.1 研究意义
1.5.2 主要内容
1.5.3 本论文的创新点
第二章 实验材料与方法
2.1 实验材料及主要仪器
2.1.1 材料试剂
2.1.2 主要仪器
2.2 吸附剂性质表征方法
2.2.1 pHpzc的测定
2.2.2 比表面积的测定
2.2.3 电镜及能谱分析
2.2.4 ICP-AES分析
2.2.4 热重分析
2.2.5 红外光谱分析
2.2.6 XPS分析
13C NMR分析"> 2.2.7 固体 13C NMR分析
2.3 基本参数的表达及数学模型
2.3.1 基本参数的表达
2.3.2 吸附等温线模型
2.3.3 吸附动力学模型
2.3.4 吸附热力学模型
第三章 麦糟的组成和结构特征研究
3.1 引言
3.2 麦糟的组成成分分析
3.2.1 化学分析
3.2.2 热重-差热分析
3.3 麦糟的表面形貌特征与元素组成
3.3.1 麦糟的表面形貌特征
3.3.2 麦糟的元素组成
3.4 麦糟的物理性质
3.4.1 麦糟表面的电荷特征
3.4.2 麦糟的比表面积
3.5 麦糟表面的化学官能团分析
3.5.1 红外光谱分析
3.5.2 XPS分析
13C NMR分析"> 3.5.3 固体 13C NMR分析
3.6 小结
第四章 基团与重金属离子配位的理论计算
4.1 引言
4.2 密度泛函理论（DFT）计算方法
4.2.1 量子力学基础
4.2.2 密度泛函理论（DFT）基本概念
4.2.3 密度泛函理论的优势和应用
4.2.4 本论文所采用的基于密度泛函理论的计算软件包
4.3 前线轨道理论
4.4 基团与重金属离子配合的理论计算
4.4.1 羟基与重金属离子配合的理论计算
4.4.2 羧基与重金属离子配合的理论计算
4.4.3 酰胺基与重金属离子配合的理论计算
4.4.4 氨基与重金属离子配合的理论计算
4.4.5 巯基与重金属离子配合的理论计算
4.5 小结
2+、Ag+的研究">第五章 氯化钠改性麦糟吸附pb2+、Ag+的研究
5.1 引言
5.2 氯化钠改性麦糟研究
5.2.1 实验方法
2+能力的影响"> 5.2.2 不同改性剂对麦糟吸附pb2+能力的影响
2+能力的影响"> 5.2.3 改性剂浓度对麦糟吸附pb2+能力的影响
2+能力的影响"> 5.2.4 改性时间对麦糟吸附pb2+能力的影响
2+研究"> 5.3 氯化钠改性麦糟吸附pb2+研究
5.3.1 实验方法
5.3.2 粒径的影响
5.3.3 pH值的影响
5.3.4 吸附时间的影响
5.3.5 吸附剂投加量的影响
5.3.6 初始浓度和温度的影响
5.3.7 吸附-解吸循环利用研究
5.3.8 吸附平衡与热动力学计算
+研究"> 5.4 氯化钠改性麦糟吸附Ag+研究
5.4.1 实验方法
5.4.2 pH值的影响
5.4.3 吸附剂投加量的影响
5.4.4 初始浓度和温度的影响
5.4.5 吸附-解吸循环利用研究
5.4.6 吸附平衡与热动力学计算
2+、Ag+的机理"> 5.5 麦糟氯化钠改性及吸附pb2+、Ag+的机理
5.5.1 表面形貌分析
5.5.2 表面元素组成分析
5.5.3 表面电荷特征分析
5.5.4 比表面积分析
5.5.5 热重-差热分析
5.5.6 表面特征官能团分析
5.6 小结
第六章 酯化改性麦糟吸附重金属离子的研究
6.1 引言
6.2 酯化改性麦糟的制备
6.2.1 实验方法
6.2.2 催化剂的选择
6.2.3 催化剂用量的影响
6.2.4 柠檬酸用量的影响
6.2.5 温度的影响
6.2.6 改性时间的影响
6.3 酯化改性麦糟对重金属离子的吸附性能研究
6.3.1 实验方法
6.3.2 pH值的影响
6.3.3 吸附时间的影响
6.3.4 吸附剂投加量的影响
6.3.5 温度的影响
6.3.6 吸附-解吸循环利用研究
6.4 酯化改性麦糟吸附重金属离子的吸附平衡与热动力学计算
6.4.1 实验方法
6.4.2 吸附平衡与等温线模型
6.4.3 吸附动力学研究
6.4.4 吸附热力学研究
6.5 麦糟酯化改性及吸附重金属离子的机理
6.5.1 麦糟酯化改性的原理
6.5.2 表面形貌分析
6.5.3 元素组成分析
6.5.4 表面电荷特征分析
6.5.5 表面特征官能团分析
6.6 小结
第七章 巯基化改性麦糟吸附重金属离子的研究
7.1 引言
7.2 巯基化改性麦糟的制备
7.2.1 实验方法
7.2.2 巯基乙酸用量的影响
7.2.3 硫酸氢钠用量的影响
7.2.4 改性温度的影响
7.2.5 改性时间的影响
7.2.6 硫化钠用量的影响
7.3 巯基化改性麦糟对重金属离子的吸附性能研究
7.3.1 实验方法
7.3.2 pH值的影响
7.3.3 吸附剂投加量的影响
7.3.4 反应时间与反应温度的影响
7.3.5 吸附-解吸循环利用研究
7.4 巯基化改性麦糟吸附重金属离子的吸附平衡与热动力学计算
7.4.1 实验方法
7.4.2 吸附平衡与等温线模型
7.4.3 吸附动力学研究
7.4.4 吸附热力学研究
7.5 麦糟巯基化改性及吸附重金属离子的机理
7.5.1 巯基化反应原理
7.5.2 表面形貌分析
7.5.3 元素组成分析
7.5.4 表面电荷特征分析
7.5.5 表面特征官能团分析
7.5.6 XPS分析
7.6 小结
第八章 对比酯化改性麦糟和巯基化改性麦糟的吸附机理
8.1 引言
8.2 实际改性剂与不同重金属离子配合的理论计算
8.2.1 柠檬酸与各重金属离子配合的理论计算
8.2.2 巯基乙酸与各重金属离子配合的理论计算
8.3 酯化改性麦糟与巯基化改性麦糟吸附能力比较
8.4 酯化改性麦糟与巯基化改性麦糟对重金属离子的竞争吸附
8.4.1 酯化改性麦糟对重金属离子的竞争吸附
8.4.2 巯基化改性麦糟对重金属离子的竞争吸附
8.5 小结
第九章 结论与建议
9.1 结论
9.2 建议
参考文献
致谢
攻读学位期间主要的研究成果及获奖情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纳米管吸附铜原子的密度泛函理论研究[J]. 张变霞,杨春,冯玉芳,余毅. 物理学报. 2009(06)
[2]纤维素基离子吸附剂的研究进展[J]. 姜玉,黄彩结,庞浩,廖兵. 化学通报. 2008(12)
[3]浅议含重金属废水处理技术[J]. 王小艳. 有色冶金设计与研究. 2008(06)
[4]1-（2-羟乙基）-2-烷基-咪唑啉缓蚀剂缓蚀机理的理论研究[J]. 张军,胡松青,王勇,郭文跃,刘金祥,尤龙. 化学学报. 2008(22)
[5]Zn（Ⅱ）/γ-MnOOH体系化学吸附的密度泛函理论研究[J]. 夏树伟,马骁楠,于良民,潘纲. 高等学校化学学报. 2008(09)
[6]生物吸附剂对废水重金属污染物的吸附过程和影响因子研究进展[J]. 蔡佳亮,黄艺,郑维爽. 农业环境科学学报. 2008(04)
[7]丝瓜络的化学改性及其对金属离子的吸附[J]. 毛金浩,刘引烽,杨红,王立平. 水处理技术. 2008(07)
[8]玉米芯改性方法的研究进展[J]. 宋肄业,宋艳. 安全与环境工程. 2008(02)
[9]改性纤维素对电镀废水中Cu2+,Zn2+,Ni2+的捕集[J]. 唐志华. 新疆环境保护. 2008(01)
[10]重金属废水治理技术概况及发展方向[J]. 胡海祥. 中国资源综合利用. 2008(02)
博士论文
[1]废麦糟生物吸附剂深度净化水体中砷、镉的研究[D]. 陈云嫩.中南大学 2009
[2]若干表面体系的第一性原理研究[D]. 张文华.中国科学技术大学 2008
[3]利用农业秸秆制备阴离子吸附剂及其性能的研究[D]. 王宇.山东大学 2007
[4]多功能球形木质素基吸附材料的制备及其性能研究[D]. 范娟.华南理工大学 2005
[5]改性稻草的制备及性能研究[D]. 牛盾.东北大学 2005
硕士论文
[1]凤眼莲纤维改性及其对重金属吸附性能的初步研究[D]. 谭良峰.华中农业大学 2007
本文编号：2984211
【文章来源】：中南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：215 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 文献综述
1.1 重金属废水的来源、危害及治理现状
1.1.1 重金属废水的来源及危害
1.1.2 重金属废水的处理现状
1.1.3 生物吸附法处理重金属废水的研究现状
1.2 麦糟的来源、特征及利用现状
1.2.1 麦糟的来源及特征
1.2.2 麦糟的利用现状
1.3 木质纤维素类吸附材料的改性方法
1.3.1 物理改性方法
1.3.2 化学改性方法
1.3.3 麦糟的改性方法
1.4 木质纤维素类材料吸附重金属离子的机理
1.4.1 表面络合机理
1.4.2 离子交换机理
1.4.3 氧化还原机理
1.5 本研究意义与内容
1.5.1 研究意义
1.5.2 主要内容
1.5.3 本论文的创新点
第二章 实验材料与方法
2.1 实验材料及主要仪器
2.1.1 材料试剂
2.1.2 主要仪器
2.2 吸附剂性质表征方法
2.2.1 pHpzc的测定
2.2.2 比表面积的测定
2.2.3 电镜及能谱分析
2.2.4 ICP-AES分析
2.2.4 热重分析
2.2.5 红外光谱分析
2.2.6 XPS分析
13C NMR分析"> 2.2.7 固体 13C NMR分析
2.3 基本参数的表达及数学模型
2.3.1 基本参数的表达
2.3.2 吸附等温线模型
2.3.3 吸附动力学模型
2.3.4 吸附热力学模型
第三章 麦糟的组成和结构特征研究
3.1 引言
3.2 麦糟的组成成分分析
3.2.1 化学分析
3.2.2 热重-差热分析
3.3 麦糟的表面形貌特征与元素组成
3.3.1 麦糟的表面形貌特征
3.3.2 麦糟的元素组成
3.4 麦糟的物理性质
3.4.1 麦糟表面的电荷特征
3.4.2 麦糟的比表面积
3.5 麦糟表面的化学官能团分析
3.5.1 红外光谱分析
3.5.2 XPS分析
13C NMR分析"> 3.5.3 固体 13C NMR分析
3.6 小结
第四章 基团与重金属离子配位的理论计算
4.1 引言
4.2 密度泛函理论（DFT）计算方法
4.2.1 量子力学基础
4.2.2 密度泛函理论（DFT）基本概念
4.2.3 密度泛函理论的优势和应用
4.2.4 本论文所采用的基于密度泛函理论的计算软件包
4.3 前线轨道理论
4.4 基团与重金属离子配合的理论计算
4.4.1 羟基与重金属离子配合的理论计算
4.4.2 羧基与重金属离子配合的理论计算
4.4.3 酰胺基与重金属离子配合的理论计算
4.4.4 氨基与重金属离子配合的理论计算
4.4.5 巯基与重金属离子配合的理论计算
4.5 小结
2+、Ag+的研究">第五章 氯化钠改性麦糟吸附pb2+、Ag+的研究
5.1 引言
5.2 氯化钠改性麦糟研究
5.2.1 实验方法
2+能力的影响"> 5.2.2 不同改性剂对麦糟吸附pb2+能力的影响
2+能力的影响"> 5.2.3 改性剂浓度对麦糟吸附pb2+能力的影响
2+能力的影响"> 5.2.4 改性时间对麦糟吸附pb2+能力的影响
2+研究"> 5.3 氯化钠改性麦糟吸附pb2+研究
5.3.1 实验方法
5.3.2 粒径的影响
5.3.3 pH值的影响
5.3.4 吸附时间的影响
5.3.5 吸附剂投加量的影响
5.3.6 初始浓度和温度的影响
5.3.7 吸附-解吸循环利用研究
5.3.8 吸附平衡与热动力学计算
+研究"> 5.4 氯化钠改性麦糟吸附Ag+研究
5.4.1 实验方法
5.4.2 pH值的影响
5.4.3 吸附剂投加量的影响
5.4.4 初始浓度和温度的影响
5.4.5 吸附-解吸循环利用研究
5.4.6 吸附平衡与热动力学计算
2+、Ag+的机理"> 5.5 麦糟氯化钠改性及吸附pb2+、Ag+的机理
5.5.1 表面形貌分析
5.5.2 表面元素组成分析
5.5.3 表面电荷特征分析
5.5.4 比表面积分析
5.5.5 热重-差热分析
5.5.6 表面特征官能团分析
5.6 小结
第六章 酯化改性麦糟吸附重金属离子的研究
6.1 引言
6.2 酯化改性麦糟的制备
6.2.1 实验方法
6.2.2 催化剂的选择
6.2.3 催化剂用量的影响
6.2.4 柠檬酸用量的影响
6.2.5 温度的影响
6.2.6 改性时间的影响
6.3 酯化改性麦糟对重金属离子的吸附性能研究
6.3.1 实验方法
6.3.2 pH值的影响
6.3.3 吸附时间的影响
6.3.4 吸附剂投加量的影响
6.3.5 温度的影响
6.3.6 吸附-解吸循环利用研究
6.4 酯化改性麦糟吸附重金属离子的吸附平衡与热动力学计算
6.4.1 实验方法
6.4.2 吸附平衡与等温线模型
6.4.3 吸附动力学研究
6.4.4 吸附热力学研究
6.5 麦糟酯化改性及吸附重金属离子的机理
6.5.1 麦糟酯化改性的原理
6.5.2 表面形貌分析
6.5.3 元素组成分析
6.5.4 表面电荷特征分析
6.5.5 表面特征官能团分析
6.6 小结
第七章 巯基化改性麦糟吸附重金属离子的研究
7.1 引言
7.2 巯基化改性麦糟的制备
7.2.1 实验方法
7.2.2 巯基乙酸用量的影响
7.2.3 硫酸氢钠用量的影响
7.2.4 改性温度的影响
7.2.5 改性时间的影响
7.2.6 硫化钠用量的影响
7.3 巯基化改性麦糟对重金属离子的吸附性能研究
7.3.1 实验方法
7.3.2 pH值的影响
7.3.3 吸附剂投加量的影响
7.3.4 反应时间与反应温度的影响
7.3.5 吸附-解吸循环利用研究
7.4 巯基化改性麦糟吸附重金属离子的吸附平衡与热动力学计算
7.4.1 实验方法
7.4.2 吸附平衡与等温线模型
7.4.3 吸附动力学研究
7.4.4 吸附热力学研究
7.5 麦糟巯基化改性及吸附重金属离子的机理
7.5.1 巯基化反应原理
7.5.2 表面形貌分析
7.5.3 元素组成分析
7.5.4 表面电荷特征分析
7.5.5 表面特征官能团分析
7.5.6 XPS分析
7.6 小结
第八章 对比酯化改性麦糟和巯基化改性麦糟的吸附机理
8.1 引言
8.2 实际改性剂与不同重金属离子配合的理论计算
8.2.1 柠檬酸与各重金属离子配合的理论计算
8.2.2 巯基乙酸与各重金属离子配合的理论计算
8.3 酯化改性麦糟与巯基化改性麦糟吸附能力比较
8.4 酯化改性麦糟与巯基化改性麦糟对重金属离子的竞争吸附
8.4.1 酯化改性麦糟对重金属离子的竞争吸附
8.4.2 巯基化改性麦糟对重金属离子的竞争吸附
8.5 小结
第九章 结论与建议
9.1 结论
9.2 建议
参考文献
致谢
攻读学位期间主要的研究成果及获奖情况
【参考文献】：
期刊论文
[1]碳纳米管吸附铜原子的密度泛函理论研究[J]. 张变霞,杨春,冯玉芳,余毅. 物理学报. 2009(06)
[2]纤维素基离子吸附剂的研究进展[J]. 姜玉,黄彩结,庞浩,廖兵. 化学通报. 2008(12)
[3]浅议含重金属废水处理技术[J]. 王小艳. 有色冶金设计与研究. 2008(06)
[4]1-（2-羟乙基）-2-烷基-咪唑啉缓蚀剂缓蚀机理的理论研究[J]. 张军,胡松青,王勇,郭文跃,刘金祥,尤龙. 化学学报. 2008(22)
[5]Zn（Ⅱ）/γ-MnOOH体系化学吸附的密度泛函理论研究[J]. 夏树伟,马骁楠,于良民,潘纲. 高等学校化学学报. 2008(09)
[6]生物吸附剂对废水重金属污染物的吸附过程和影响因子研究进展[J]. 蔡佳亮,黄艺,郑维爽. 农业环境科学学报. 2008(04)
[7]丝瓜络的化学改性及其对金属离子的吸附[J]. 毛金浩,刘引烽,杨红,王立平. 水处理技术. 2008(07)
[8]玉米芯改性方法的研究进展[J]. 宋肄业,宋艳. 安全与环境工程. 2008(02)
[9]改性纤维素对电镀废水中Cu2+,Zn2+,Ni2+的捕集[J]. 唐志华. 新疆环境保护. 2008(01)
[10]重金属废水治理技术概况及发展方向[J]. 胡海祥. 中国资源综合利用. 2008(02)
博士论文
[1]废麦糟生物吸附剂深度净化水体中砷、镉的研究[D]. 陈云嫩.中南大学 2009
[2]若干表面体系的第一性原理研究[D]. 张文华.中国科学技术大学 2008
[3]利用农业秸秆制备阴离子吸附剂及其性能的研究[D]. 王宇.山东大学 2007
[4]多功能球形木质素基吸附材料的制备及其性能研究[D]. 范娟.华南理工大学 2005
[5]改性稻草的制备及性能研究[D]. 牛盾.东北大学 2005
硕士论文
[1]凤眼莲纤维改性及其对重金属吸附性能的初步研究[D]. 谭良峰.华中农业大学 2007
本文编号：2984211
本文链接：https://www.wllwen.com/shengtaihuanjingbaohulunwen/2984211.html
