秸秆复合高吸水树脂重金属离子和染料吸附性能研究

【摘要】：随着工业的发展，重金属及染料废水的排放给环境带来了巨大的压力。寻求一种资源丰富且环境友好型吸附剂已成为未来废水处理的一个重要研究方向。秸秆是一种富含纤维素和木质素的天然高分子材料，纤维素分子链上有大量的羟基、羧基等活性基团，通过对秸秆适当的改性，引进新的功能性官能团，可作为一种绿色吸附剂用于重金属及染料废水的处理。 本论文合成了植酸改性秸秆复合高吸水树脂，探讨了不同聚合合成条件和不同的吸附条件下植酸改性秸秆复合高吸水树脂对重金属离子及阳离子染料吸附性能的影响，研究了秸秆复合高吸水树脂重金属离子及阳离子染料的吸附热力学和吸附动力学，采用SEM、FTIR、光学显微镜对秸秆复合高吸水树脂的结构和形貌进行了表征，探讨了植酸改性秸秆复合高吸水树脂对重金属离子及阳离子染料的吸附机理，得到了重金属离子和阳离子染料吸附性能优良的植酸改性秸秆复合高吸水树脂，可广泛应用于重金属及染料废水的环境污染治理。主要研究结果如下： 1.探讨了植酸改性秸秆含量、植酸接枝率、引发剂用量、交联剂用量、衣康酸中和度、衣康酸/丙烯酰胺质量比等聚合反应参数对秸秆复合高吸水树脂吸附重金属离子吸附性能的影响。当植酸改性玉米秸秆含量10%，植酸接枝率11.91%，引发剂含量1.6%，交联剂用量0.4%，衣康酸中和度65%，衣康酸/丙烯酰胺质量比30:70时，合成的复合高吸水树脂对重金属离子的吸附容量分别达到最大值。 2.探讨了植酸改性秸秆含量、引发剂用量、交联剂用量、衣康酸中和度等聚合反应参数对秸秆复合高吸水树脂阳离子染料吸附性能的影响。当植酸改性玉米秸秆含量10%，引发剂用量1.6%，交联剂用量0.4%，衣康酸中和度65%时，合成的复合高吸水树脂阳离子染料的吸附容量分别达到最大值。 3.研究了吸附时间、pH、重金属离子及阳离子染料初始浓度、吸附温度等吸附条件对秸秆复合高吸水树脂吸附重金属离子和阳离子染料吸附性能的影响，发现秸秆复合高吸水树脂对重金属离子和阳离子染料的吸附容量随时间的增长而增加。重金属离子和阳离子染料的吸附容量随pH值的增大而增大；秸秆复合高吸水树脂阳离子染料的吸附容量随温度的升高而增加，吸附速率随温度增加而加快；随着重金属离子和阳离子染料初始浓度的增加，秸秆复合高吸水树脂重金属离子和阳离子染料的吸附容量增大但增幅趋缓。当铜离子、亚甲基蓝和甲基绿初始浓度为1400mg/L时，铜离子、亚甲基蓝和甲基绿吸附容量分别达到1073mg/g、1317mg/g和890mg/g。 4.秸秆复合高吸水树脂亚甲基蓝的吸附过程符合朗格缪尔吸附模型，铜离子和甲基绿的吸附过程符合弗里德里希方程。铜离子和阳离子染料吸附过程是自发的，且吸附主要是吸热的化学反应，吸附过程符合准二级动力学模型。 5.红外光谱表征结果表明所合成的复合高吸水树脂具有植酸改性玉米秸秆结构单元、NVP单元、IA单元和AM单元，得到了目标产物-植酸改性秸秆复合高吸水树脂。 6. SEM图表明秸秆复合高吸水树脂表面充满了微孔，有大量的凹槽和孔隙，有利于重金属离子及阳离子染料溶液快速进入秸秆复合高吸水树脂的内部，有利于秸秆复合高吸水树脂对重金属离子及阳离子染料分子的吸附。 【关键词】：玉米秸秆 高吸水树脂 重金属离子 染料吸附热力学 吸附动力学
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：X703;O647.3
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 前言12-23
• 1.1 选题依据12-14
• 1.1.1 铜的污染及其危害13-14
• 1.1.2 亚甲基蓝与甲基绿的污染及其危害14
• 1.2 重金属及染料废水的处理方法14-17
• 1.2.1 重金属废水的处理方法14-16
• 1.2.2 染料废水的处理方法16-17
• 1.3 高吸水树脂在重金属及染料废水处理中的应用17-19
• 1.3.1 高吸水树脂的结构分类、应用及展望17-18
• 1.3.2 高吸水树脂吸附重金属的研究18-19
• 1.3.3 高吸水树脂吸附染料的研究19
• 1.4 农林废弃物在重金属及染料废水处理中的应用研究19-21
• 1.5 论文的意义、研究内容及创新点21-23
• 1.5.1 论文的意义21-22
• 1.5.2 研究内容22
• 1.5.3 创新点22-23
• 第2章 实验部分23-29
• 2.1 实验原料、药品及规格23-24
• 2.2 实验仪器设备24
• 2.3 植酸改性秸秆复合高吸水树脂的合成24-25
• 2.3.1 秸秆的植酸改性24
• 2.3.2 植酸改性秸秆接枝共聚物高吸水树脂的合成24-25
• 2.4 实验研究方法25-28
• 2.4.1 铜的原子吸收分光光度法测定25
• 2.4.2 亚甲基蓝、甲基绿的可见光分光光度计法测定25
• 2.4.3 吸附容量的测定25-26
• 2.4.4 去除率的测定26
• 2.4.5 吸附热力学模型26-27
• 2.4.6 吸附热力学参数27
• 2.4.7 吸附动力学模型27-28
• 2.5 结构分析与表征28-29
• 2.5.1 FTIR 红外表征28
• 2.5.2 SEM 扫描电镜28
• 2.5.3 光学显微镜28-29
• 第3章 秸秆复合高吸水树脂重金属吸附性能研究29-46
• 3.1 不同合成条件对秸秆复合高吸水树脂重金属离子吸附性能的影响29-35
• 3.1.1 植酸改性玉米秸秆用量对秸秆复合高吸水树脂重金属离子吸附性能的影响29-30
• 3.1.2 植酸接枝率对秸秆复合高吸水树脂重金属离子吸附性能的影响30-31
• 3.1.3 引发剂用量对秸秆复合高吸水树脂重金属离子吸附性能的影响31-32
• 3.1.4 交联剂用量对秸秆复合高吸水树脂重金属离子吸附性能的影响32-33
• 3.1.5 衣康酸中和度对秸秆复合高吸水树脂重金属离子吸附性能的影响33-34
• 3.1.6 衣康酸/丙烯酰胺质量比对秸秆复合高吸水树脂重金属离子吸附性能的影响34-35
• 3.2 不同吸附条件对秸秆复合高吸水树脂重金属离子吸附性能影响35-38
• 3.2.1 吸附时间对秸秆复合高吸水树脂重金属离子吸附性能的影响35-36
• 3.2.2 重金属离子初始浓度对秸秆复合高吸水树脂重金属离子吸附性能的影响36-37
• 3.2.3 pH 对秸秆复合高吸水树脂重金属离子吸附性能的影响37-38
• 3.3 秸秆复合高吸水树脂重金属离子吸附热力学研究38-41
• 3.3.1 秸秆复合高吸水树脂重金属离子吸附等温线的拟合38-41
• 3.3.2 秸秆复合高吸水树脂重金属离子吸附热力学参数41
• 3.4 秸秆复合高吸水树脂重金属离子吸附动力学研究41-43
• 3.5 秸秆复合高吸水树脂吸附重金属机理的探讨43
• 3.6 秸秆复合高吸水树脂结构表征43-45
• 3.7 本章小结45-46
• 第4章 秸秆复合高吸水树脂染料吸附性能研究46-66
• 4.1 不同合成条件对秸秆复合高吸水树脂阳离子染料吸附性能的影响46-51
• 4.1.1 植酸改性玉米秸秆用量对秸秆复合高吸水树脂阳离子染料吸附容量的影响46-47
• 4.1.2 引发剂用量对秸秆复合高吸水树脂阳离子染料吸附容量的影响47-49
• 4.1.3 交联剂用量对秸秆复合高吸水树脂阳离子染料吸附容量的影响49-50
• 4.1.4 衣康酸中和度对秸秆复合高吸水树脂阳离子染料吸附容量影响50-51
• 4.2 不同吸附条件对秸秆复合高吸水树脂阳离子染料吸附性能的影响51-55
• 4.2.1 pH 值对秸秆复合高吸水树脂阳离子染料吸附容量的影响51-52
• 4.2.2 吸附温度对秸秆复合高吸水树脂阳离子染料吸附容量的影响52-53
• 4.2.3 阳离子染料初始浓度对秸秆复合高吸水树脂阳离子染料吸附容量的影响53-55
• 4.3 秸秆复合高吸水树脂阳离子染料吸附热力学的研究55-59
• 4.3.1 秸秆复合高吸水树脂阳离子染料吸附等温线的拟合55-58
• 4.3.2 秸秆复合高吸水树脂阳离子染料吸附热力学参数58-59
• 4.4 秸秆复合高吸水树脂阳离子染料吸附动力学的研究59-62
• 4.5 秸秆复合高吸水树脂吸附染料机理的探讨62-63
• 4.6 秸秆复合高吸水树脂的结构表征63-65
• 4.6.1 光学显微镜63-64
• 4.6.2 扫描电镜（SEM）64-65
• 4.7 本章小结65-66
• 主要结论66-67
• 致谢67-68
• 参考文献68-74
• 攻读学位期间取得的学术成果74

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