小麦秸秆纤维素高分子改性及其吸附性能研究

【摘要】：随着社会经济及工业化进程的不断发展，水体污染带来了越来越严重的环境及生态问题，加之其种类多、色度深、水质成分复杂、COD和BOD浓度高、毒性大、致病性强等特点，目前已经成为一个影响人类可持续发展的焦点问题。所以，在环境保护越来越受到重视的今天，对废水的处理显得尤为重要。吸附处理作为一种简便、快捷的低成本处理方法，在目前污水处理中有着广泛的应用前景。本论文以小麦秸秆为原材料，经过接枝共聚反应对小麦秸秆纤维素进行了改性处理，旨在生产一种高去除率的新型低成本吸附材料，以提高污水处理效率，促进生态环境的健康发展。本文通过以下四个方面进行了研究。 第一、介绍了天然高分子材料纤维素改性以及在废水处理中的应用及研究进展；概括了重金属及染料废水的污染与治理现状。 第二、首次以小麦秸秆纤维素（WSC）、功能单体N-乙烯基吡咯烷酮（NVP）和部分中和的丙烯酸（AA、AANa）为原料，通过接枝共聚制备了小麦秸秆纤维素接枝丙烯酸共聚物（WSC-PNAA），采用IR、TG、SEM等方法对其结构和表观形貌进行了表征和分析，以其对重金属Cu(II)的去除率为依据，考察了共聚物的最佳制备条件。 第三、研究了WSC-PNAA对重金属Cu(II)，阳离子染料亚甲基蓝MB的吸附性能，考察了吸附剂用量，pH值，溶液初始浓度与温度对吸附效果的影响，并对其热力学和动力学模型进行了拟合。结果表明：WSC-PNAA对Cu(II)去除率高达92.5%，吸附容量为142mg/g，对亚甲基蓝去除率高达99.5%，吸附容量为99mg/g；其对Cu(II)的吸附动力学特性很好地符合准二级动力学模型，等温吸附模型符合Freundlich等温式。WSC-PNAA对亚甲基蓝的吸附动力学特性较好地符合准二级动力学模型，等温吸附模型符合Freundlich等温式。 第四、以小麦秸秆纤维素接枝烯丙基氯化铵共聚物（WSC-PAMD）为吸附剂，考察了其对染料碱性品红BF和孔雀石绿MG废水的吸附性能。发现脱色率分别为98.7%、96.9%。其吸附动力学特性都符合准二级动力学模型，等温吸附模型都能较好地符合Freundlich等温式。 【关键词】：吸附剂 小麦秸秆纤维素 铜离子 染料 废水
【学位授予单位】：西北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：O636.11
【目录】：

• 摘要11-12
• ABSTRACT12-14
• 第1章 纤维素的改性及在废水处理中的应用研究进展14-27
• 1.1 纤维素的结构15
• 1.2 纤维素的改性15-18
• 1.2.1 氧化反应16
• 1.2.2 醚化反应16
• 1.2.3 酯化反应16-17
• 1.2.4 接枝共聚反应17
• 1.2.5 阳离子交换纤维素的改性17-18
• 1.2.6 阴离子交换纤维素的改性18
• 1.3 重金属离子与染料废水的危害与处理18-20
• 1.3.1 重金属离子废水的危害与处理18-20
• 1.3.2 染料废水的危害与处理20
• 1.4 改性纤维素在废水处理中的应用20-25
• 1.4.1 重金属离子废水的处理20-22
• 1.4.2 染料废水的处理22-23
• 1.4.3 有机废水的处理23
• 1.4.4 纤维素吸水材料23-24
• 1.4.5 纤维素吸油材料24-25
• 1.5 论文选题与研究意义25-27
• 第2章 小麦秸秆纤维素接枝丙烯酸共聚物的制备与表征27-36
• 2.1 前言27-29
• 2.2 实验方法29-31
• 2.2.1 实验试剂与仪器29-30
• 2.2.2 小麦秸秆纤维素接枝丙烯酸共聚物 WSC-PNAA 的制备30-31
• 2.3 结果与讨论31-35
• 2.3.1 WSC-PNAA 的制备31
• 2.3.2 表观形态31-32
• 2.3.3 IR 分析32-33
• 2.3.4 SEM 分析33-34
• 2.3.5 WSC-PNAA 的热重分析34-35
• 2.3.6 WSC-PNAA 的接枝机理35
• 2.4 小结35-36
• 第3章 WSC-PNAA 共聚物吸附铜离子性能研究36-49
• 3.1 前言36-38
• 3.2 实验方法38-39
• 3.2.1 仪器与试剂38
• 3.2.2 标准曲线的绘制38
• 3.2.3 溶液配制38-39
• 3.2.4 吸附实验方法39
• 3.3 结果与讨论39-48
• 3.3.1 不同吸附剂对 Cu(II)的吸附性能40
• 3.3.2 初始浓度对 Cu~(2+)去除率的影响40-41
• 3.3.3 吸附剂用量对 Cu~(2+)去除率的影响41
• 3.3.4 溶液 pH 对 Cu~(2+)去除率的影响41-42
• 3.3.5 温度对 Cu~(2+)去除率的影响42-43
• 3.3.6 吸附时间对 Cu~(2+)去除率的影响43-44
• 3.3.7 等温吸附特性44-46
• 3.3.8 吸附动力学特性46-47
• 3.3.9 WSC-PNAA 对 Cu~(2+)吸附机理47-48
• 3.4 小结48-49
• 第4章 WSC-PNAA 接枝共聚物对亚甲基蓝吸附性能研究49-59
• 4.1 前言49-50
• 4.2 实验方法50-51
• 4.2.1 仪器与试剂50
• 4.2.2 吸附实验方法50-51
• 4.3 结果与讨论51-58
• 4.3.1 不同吸附剂对 MB 的吸附性能51-52
• 4.3.2 初始浓度对 MB 脱色率的影响52
• 4.3.3 吸附时间对 MB 脱色率的影响52-53
• 4.3.4 吸附剂用量对 MB 脱色率的影响53-54
• 4.3.5 溶液 pH 对 MB 脱色率的影响54
• 4.3.6 温度对 MB 脱色率的影响54-55
• 4.3.7 等温吸附特性55-57
• 4.3.8 吸附动力学特性57-58
• 4.4 小结58-59
• 第5章 小麦秸秆纤维素接枝烯丙基氯化铵共聚物的制备及吸附性能59-83
• 5.1 前言59-62
• 5.2 实验部分62-64
• 5.2.1 试剂与仪器62
• 5.2.2 小麦秸秆纤维素接枝烯丙基氯化铵共聚物的制备62-63
• 5.2.3 孔雀石绿标准曲线的绘制63
• 5.2.4 吸附实验方法63-64
• 5.3 结果与讨论64-82
• 5.3.1 WSC-PAMD 聚合物的制备与表征64-67
• 5.3.1.1 实验条件的优化64-65
• 5.3.1.2 表观形态65-66
• 5.3.1.3 WSC-PAMD 的 IR66
• 5.3.1.4 WSC-PAMD 的 SEM66-67
• 5.3.2 WSC-PAMD 对不同物质的吸附性能67-68
• 5.3.3 WSC-PAMD 聚合物对 BF 的吸附性能68-75
• 5.3.3.1 不同吸附剂对 BF 的吸附性能68
• 5.3.3.2 初始浓度对 BF 脱色率的影响68-69
• 5.3.3.3 吸附剂用量对 BF 脱色率的影响69
• 5.3.3.4 时间对吸附 BF 的影响69-70
• 5.3.3.5 温度对 BF 脱色率的影响70-71
• 5.3.3.6 溶液 pH 对 BF 脱色率的影响71-72
• 5.3.3.7 等温吸附特性72-73
• 5.3.3.8 吸附动力学特性73-75
• 5.3.4 WSC-PAMD 对 MG 的吸附性能75-82
• 5.3.4.1 不同吸附剂对 MG 的吸附性能75
• 5.3.4.2 初始浓度对 MG 脱色率的影响75
• 5.3.4.3 吸附剂用量对 MG 脱色率的影响75-76
• 5.3.4.4 吸附时间对 MG 脱色率的影响76-77
• 5.3.4.5 pH 对吸附 MG 的影响77
• 5.3.4.6 温度对吸附 MG 的影响77-78
• 5.3.4.7 吸附等温特性78-80
• 5.3.4.8 吸附动力学特性80-81
• 5.3.4.9 WSC-PAMD 吸附 MG 的机理推测81-82
• 5.4 本章小结82-83
• 参考文献83-96
• 攻读硕士学位期间科研成果96-98
• 致谢98

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