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文檔簡(jiǎn)介
1、隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和工業(yè)化進(jìn)程的不斷前進(jìn),水體中重金屬離子污染問(wèn)題已逐漸成為世界各國(guó)熱切關(guān)注的重大環(huán)境問(wèn)題之一。在眾多處理重金屬離子的方法中,吸附法以其操作靈活、低能耗、低殘留和可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn),得到了人們的廣泛研究。過(guò)去我們常用的吸附材料往往存在著成本高、比表面積小、活性位點(diǎn)少、選擇性差以及吸附效率不高等缺陷。因此,研發(fā)快速高效、適用范圍廣、處理成本低的新型吸附材料已成為一項(xiàng)亟待解決的研究課題。近年來(lái),納米吸附材料受到廣泛關(guān)注。與
2、傳統(tǒng)的吸附材料相比,納米級(jí)吸附劑擁有比表面積大、吸附位點(diǎn)多、內(nèi)擴(kuò)散距離短以及孔徑尺寸可調(diào)性等優(yōu)點(diǎn),可以大大提高其對(duì)吸附質(zhì)的吸附效率。
本論文是以酸水解法制得的納米微晶纖維素(NCC)為原料,采用高碘酸鹽氧化制備出雙醛納米纖維素(DANC),然后分別利用席夫堿反應(yīng)和親電取代反應(yīng)在DANC分子鏈上接枝二乙烯三胺(DETA)和荊樹(shù)皮單寧,得到表面含有游離氨基的氨基化改性納米纖維素(ANCC)和表面含有活潑酚羥基的納米微晶纖維素-植物
3、單寧復(fù)合物(TNCC)。最后,分別以ANCC和TNCC作為吸附劑,吸附重金屬離子Cu(II)、Pb(II)及Cr(VI),探究?jī)煞N吸附劑各自的吸附性能和機(jī)理。
首先,利用64%的硫酸水解漂白闊葉木硫酸鹽漿(BHKP),制得均一的NCC懸浮液。采用NaIO4對(duì)NCC進(jìn)行氧化得到DANC懸浮液。然后利用席夫堿反應(yīng)將不同用量的DETA接枝到DANC上,制備出表面含有游離氨基的ANCC。探討了DETA用量對(duì)產(chǎn)物的得率、氨基含量以及Ze
4、ta電位的影響,同時(shí)還利用FT-IR、元素分析、顯色反應(yīng)、TGA、XRD、AFM等檢測(cè)手段對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了表征。結(jié)果顯示,ANCC的氨基含量及Zeta電位隨著DETA用量的不斷增加均呈現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì)。FT-IR分析、元素分析和標(biāo)準(zhǔn)茚三酮顯色反應(yīng)均證明了ANCC中含有游離氨基。TGA分析顯示,相對(duì)于DANC來(lái)說(shuō),ANCC的熱穩(wěn)定性有所增大,和NCC相近。XRD分析表明,改性后的納米纖維素晶型不變,NCC、DANC和ANCC的晶型均屬于
5、纖維素-I晶型。AFM圖片表明,NCC、DANC和ANCC均為棒狀結(jié)構(gòu),但相較于NCC來(lái)說(shuō),DANC和ANCC的粒徑均有所下降。
隨后,用ANCC作為吸附劑吸附重金屬離子Cu(II)、Pb(II)及Cr(VI),通過(guò)改變吸附體系pH值、吸附時(shí)間和初始重金屬離子濃度,探討ANCC對(duì)Cu(II)、Pb(II)及Cr(VI)的吸附性能和機(jī)理。結(jié)果表明,Cu(II)和Pb(II)的最佳吸附pH為6,Cr(VI)的最佳吸附pH為2。AN
6、CC對(duì)Cu(II)、Pb(II)及Cr(VI)三種重金屬離子的吸附大約在3h時(shí)均可達(dá)到吸附平衡,且吸附過(guò)程均可分為快速和慢速兩個(gè)先后吸附階段。在所測(cè)的 Cu(II)、Pb(II)及Cr(VI)離子濃度范圍內(nèi),ANCC的吸附容量均隨著重金屬離子初始濃度的增加而增大。通過(guò)將ANCC對(duì)Cu(II)、Pb(II)及Cr(VI)的吸附過(guò)程進(jìn)行吸附動(dòng)力學(xué)曲線和吸附等溫線曲線擬合,發(fā)現(xiàn) ANCC對(duì) Cu(II)、Pb(II)及Cr(VI)的吸附過(guò)程均
7、符合準(zhǔn)二階動(dòng)力學(xué)方程和Langmiur吸附等溫方程。由此可知, ANCC對(duì)Cu(II)、Pb(II)及Cr(VI)的吸附均屬于化學(xué)吸附。ANCC對(duì)Cu(II)、Pb(II)、Cr(VI)三種重金屬離子的最大吸附容量分別為26.28mg/g、28.89mg/g及38.39mg/g,其中對(duì)Cr(VI)的吸附性能最好。
然后,以DANC為原料利用親電取代反應(yīng)將不同用量的荊樹(shù)皮單寧接枝到DANC上,制備出納米微晶纖維素-植物單寧復(fù)合物
8、(TNCC)。探討了反應(yīng)pH、j荊樹(shù)皮單寧用量和反應(yīng)時(shí)間對(duì)單寧反應(yīng)量和TNCC中單寧質(zhì)量比例的影響,同時(shí)還利用顯色反應(yīng)、TGA、XRD、AFM等檢測(cè)手段對(duì)產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行了表征。結(jié)果顯示,反應(yīng)的最佳pH在4.5左右,隨著荊樹(shù)皮單寧用量和反應(yīng)時(shí)間的增加,TNCC中單寧質(zhì)量比例呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。FeCl3顯色反應(yīng)證明了TNCC中有活潑羥基的存在。TGA分析顯示,相對(duì)于DANC來(lái)說(shuō),TNCC的熱穩(wěn)定性有所增大,和NCC相近。XRD分析表明,NC
9、C、DANC和TNCC的晶型均屬于纖維素-I晶型,改性后得到的TNCC晶型不變。AFM圖片顯示,NCC、DANC和TNCC均為棒狀結(jié)構(gòu),改性后得到的TNCC表面形態(tài)沒(méi)有發(fā)生變化。
最后,以TNCC為吸附劑吸附重金屬離子Cu(II)、Pb(II)及Cr(VI),通過(guò)改變吸附體系pH值、吸附時(shí)間和初始重金屬離子濃度,探討TNCC的吸附性能和機(jī)理。結(jié)果表明,Cu(II)、Pb(II)的最佳吸附pH為6,Cr(VI)離子的最佳吸附pH
10、為2。TNCC對(duì)Cu(II)、Pb(II)及Cr(VI)三種重金屬離子的吸附大約在4 h均可達(dá)到吸附平衡,且吸附過(guò)程均可分為快速和慢速兩個(gè)先后吸附階段。在所測(cè)的Cu(II)、Pb(II)及Cr(VI)離子濃度范圍內(nèi),TNCC的吸附容量均隨著重金屬離子初始濃度的增加而增大。通過(guò)將TNCC對(duì)Cu(II)、Pb(II)及Cr(VI)的吸附過(guò)程進(jìn)行吸附動(dòng)力學(xué)曲線和吸附等溫線曲線擬合,擬合結(jié)果表明TNCC對(duì)Cu(II)、Pb(II)及Cr(VI)
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