【摘要】：隨著工業(yè)帶來的環(huán)境污染的加劇，水污染已成為全球化問題，水處理成為世界各國環(huán)境保護(hù)工作的重點(diǎn)。殼聚糖具有環(huán)境相容性好、可再生、資源豐富以及高度可降解性等優(yōu)點(diǎn)，在水處理領(lǐng)域已引起越來越多的關(guān)注。海藻酸鈉具有低毒性，良好的生物相容性、增稠性、成膜性、凝膠性能以及高度可降解性，并且價廉易得，這些獨(dú)特性能使其在眾多領(lǐng)域中獲得了廣泛應(yīng)用，而其內(nèi)部的多孔結(jié)構(gòu)使其成為良好的吸附材料。 殼聚糖分子鏈上含有大量的伯氨基，海藻酸鈉分子鏈上含有大量的羧基，若將這兩種天然高分子材料經(jīng)過共混、交聯(lián)等改性后制備出殼聚糖/海藻酸鈉改性聚合物，作為高分子絮凝劑，有可能發(fā)揮二者各自的優(yōu)點(diǎn)，產(chǎn)生性能上的協(xié)同作用，具有分子量分布廣，活性基團(tuán)點(diǎn)多，結(jié)構(gòu)多樣化、絮凝吸附性能好、安全無毒、可完全生物降解、原料來源豐富，價格低廉等特點(diǎn)，將是一種有發(fā)展前景的“綠色絮凝劑”。但迄今尚未見利用殼聚糖/海藻酸鈉改性聚合物作絮凝劑的報道。 本文首先以殼聚糖、海藻酸鈉作為主要原料，利用殼聚糖和海藻酸鈉分子間的靜電作用，采用直接法制備了殼聚糖/海藻酸鈉改性聚合物(M-CS/SA)，，用FTIR、SEM、X-RD及TGA等手段表征了其結(jié)構(gòu)和性能。結(jié)果表明：SA的引入破壞了CS分子鏈間的有序排列，M-CS/SA表現(xiàn)為非晶態(tài)，具有多孔結(jié)構(gòu)，其熱穩(wěn)定性比CS增加。對M-CS/SA用于印染廢水處理及Cu~(2+)和Cr)2O_72-的吸附進(jìn)行了研究。分別考察了M-CS/SA用量、吸附時間和pH值等因素對吸附Cu~(2+)、Cr2O72-的影響。吸附動力學(xué)研究表明，M-CS/SA對Cu~(2+)的吸附過程較為符合擬一級動力學(xué)方程，對Cr2O72--的吸附過程較為符合擬二級動力學(xué)方程。M-CS/SA對濁度去除率好，而對COD去除率不夠理想，對Cu~(2+)和Cr2O72-的吸附效果比殼聚糖好。 為了優(yōu)化殼聚糖/海藻酸鈉聚合物的絮凝性能，采用醚化方法合成了殼聚糖/海藻酸鈉交聯(lián)聚合物（E-CS/SA）。FTIR、SEM、X-RD、TGA等分析測試結(jié)果表明：殼聚糖與海藻酸鈉之間產(chǎn)生了明顯的化學(xué)反應(yīng)，M-CS/SA為非晶態(tài)物質(zhì)，呈多孔結(jié)構(gòu)，且比M-CS/SA更細(xì)密。以脫色率、COD去除率、除濁度等作為評價指標(biāo)，確定了反應(yīng)的最佳條件，同時也考察了各反應(yīng)條件對產(chǎn)率的影響，以及脫乙酰度、溶液的pH值、聚合物的投加量、沉降時間、不同的水溶性染料等對E-CS/SA絮凝性能的影響。對E-CS/SA用于印染廢水的處理進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其對印染廢水有很好的吸附效果，在最佳反應(yīng)條件下，E-CS/SA產(chǎn)率可達(dá)到80％以上，對實(shí)際染料廢水的脫色率達(dá)到86％，COD去除率達(dá)92％，除濁率達(dá)97％。 考察了E-CS/SA對重金屬離子Cr2O72-、Pb~(2+)、Cd~(2+)、Cu~(2+)、Zn~(2+)的吸附率和吸附容量，并對其吸附動力學(xué)進(jìn)行了探討，發(fā)現(xiàn)E-CS/SA對重金屬離子吸附具有較快的動力學(xué)速度，在最佳條件下，E-CS/SA對Cr2O72-、Pb~(2+)、Cd~(2+)、Cu~(2+)、Zn~(2+)的吸附率分別達(dá)到88%、94％、95％、80.43%和58.33％，對Pb~(2+)、Cd~(2+)吸附容量分別為56.6mg/g、47.0mg/g。動力學(xué)研究表明：E-CS/SA對Zn~(2+)、Cu~(2+)吸附機(jī)理為化學(xué)吸附為主的單分子層吸附機(jī)制，且吸附速度明顯比CS更快，說明了E-CS/SA的活性基團(tuán)增多，對金屬離子的螯合能力增強(qiáng)。掃描電鏡照片顯示，E-CS/SA改性聚合物吸附Cu~(2+)以后表面不再光滑。 為了改善醚化法所得聚合物的穩(wěn)定性及進(jìn)一步提高絮凝性能，以環(huán)氧氯丙烷作交聯(lián)劑，制備了環(huán)氧氯丙烷交聯(lián)殼聚糖/海藻酸鈉(C-CS/SA)。以交聯(lián)度作為評價指標(biāo)，利用正交試驗(yàn)設(shè)計對交聯(lián)過程的各個影響因素（CS:SA質(zhì)量比、環(huán)氧氯丙烷用量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時間）進(jìn)行了分析，得出了交聯(lián)過程的最佳制備條件。通過FTIR、SEM、X-RD和TGA等手段對C-CS/SA的結(jié)構(gòu)形態(tài)進(jìn)行了表征，結(jié)果表明：反應(yīng)是按照設(shè)定的路徑進(jìn)行；SA的引入破壞了CS的晶體結(jié)構(gòu)；C-CS/SA形成更好的空間結(jié)構(gòu)，表面具有大量空穴結(jié)構(gòu)，有利于吸附性能的提高。 利用C-CS/SA對Cu~(2+)的吸附，討論了吸附時間、溶液pH值、絮凝劑投加量、交聯(lián)度對吸附性能的影響，同時探討了吸附動力學(xué)和吸附等溫線，并將其應(yīng)用于實(shí)際印染廢水處理。結(jié)果表明：在實(shí)際印染廢水處理中，C-CS/SA比M-CS/SA和E-CS/SA效果好。同時，探討了C-CS/SA的溶脹度與溶脹時間、溶液pH、溫度等條件的關(guān)系，得出了最佳的溶脹條件；探討了C-CS/SA的吸附性能（脫色率、除濁率、COD去除率）與交聯(lián)度的關(guān)系。在最佳條件下，C-CS/SA對印染廢水的脫色率可達(dá)96.5%，COD去除率為95.2%，濁度去除率為99.5%。 最后，對三種制備CS/SA改性聚合物的方法和所得產(chǎn)物的吸附性能進(jìn)行了比較。三種制備方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，并且所得產(chǎn)物性能不盡相同，可根據(jù)具體情況選擇。在對印染廢水處理的實(shí)際應(yīng)用中，以C-CS/SA為優(yōu)選。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：X703.5

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 司晶星;趙文甲;丁莉;;絮凝劑的應(yīng)用現(xiàn)狀和研究發(fā)展趨勢[J];才智;2009年20期

2 謝華林,楊華林;二苯碳酰二肼分光光度法測水中Cr~(6+)[J];常德師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2001年02期

3 楊延梅,周富春;微生物絮凝劑——絮凝劑發(fā)展的新方向[J];重慶交通學(xué)院學(xué)報;2002年01期

4 龍家杰,陸同慶;甲殼素/殼聚糖及衍生物在印染廢水處理中的應(yīng)用[J];東華大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2003年02期

5 楊智寬,單崇新,蘇帕拉;羧甲基殼聚糖對水中Cd~(2+)的絮凝處理研究[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2000年01期

6 尹華,彭輝,劉慧璇,張娜;淀粉改性陽離子絮凝劑的制備及其絮凝性能研究[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2000年01期

7 湯心虎,尹華,譚淑英,張娜;無機(jī)/有機(jī)復(fù)合絮凝劑對堿性玫瑰精B的脫色研究[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2003年03期

8 謝英;李明春;辛梅華;張興松;趙煌;;交聯(lián)殼聚糖微球的制備及吸附性能研究[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2007年11期

9 樊麗華;程俊;秦巳麒;;羧甲基殼聚糖絮凝劑的研制及其應(yīng)用研究[J];環(huán)境科學(xué)與技術(shù);2009年11期

10 侯明;劉振國;;接枝殼聚糖對鉛、鎘吸附行為研究及應(yīng)用[J];分析試驗(yàn)室;2006年10期

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 馮永巍;殼聚糖的化學(xué)改性及其衍生物的抑菌活性研究[D];江南大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 劉程飛;用生物絮凝劑（普魯蘭）處理原水濁度[D];華中科技大學(xué);2006年

本文編號：2602692