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本论文的研究分为两部分
第一部分改性活性炭吸附水中砷(Ⅴ)的特性研究
本文首次采用不同浓度的硝酸铵对煤基活性炭进行轻度氧化改性,对改性前后的活性炭采用SEM电镜进行表征,用Beohms滴定法测定表面含氧官能团,在物理吸附分析仪上低温下测氮气在其上的吸附数据,根据BET方程、BJH理论计算表征比表面积和孔隙结构,并比较其对砷(Ⅴ)的吸附效果。结果表明,1%硝酸铵改性的活性炭吸附性能最佳,推断活性炭的中孔在对砷(Ⅴ)吸附时起主要作用,当活性炭孔径分布在2-4.3nm时,吸附效果最好。活性炭表面的羧基、酚羟基的存在有利于吸附。通过硝酸铵对煤基活性炭进行轻度氧化改性,能提高其对砷(Ⅴ)的吸附能力。
研究了1%硝酸铵改性活性炭对砷(Ⅴ)的吸附特性,试验表明改性活性炭吸附砷(Ⅴ)的实验最佳条件为:活性炭粒径在200目以上、溶液pH在4左右,吸附时间为40min。测定了不同温度下的吸附等温线。计算了相关热力学函数△HΦ、△GΦ、和△SΦ。结果表明,在稀溶液中吸附对Langmuir模型比Freundlich吸附模型更符合;△GΦ小于零,吸附属于自发进行;△HΦ小于零,吸附为放热过程,降低温度有利于吸附的进行,焓变值在8.37~62.8kJ.mol-l范围内,属于物理吸附;△SΦ大于零,这是由于吸附时溶剂脱附置换引起的。吸附动力学研究表明,准二级动力学方程可以很好地描述吸附,颗粒内扩散过程是吸附的速率控制步骤,但不是唯一的控制步骤。
优化了氢化物发生原子荧光光谱法对砷离子的检测条件,其检出限为0.02ug/g,精密度为0.06%。
第二部分壳聚糖吸附剂的改性探讨
壳聚糖对重金属具有良好的吸附性能,但其抗酸性能差,应用范围受到限制。用交联剂对其交联后可极大地提高耐酸性,但交联后的壳聚糖吸附性能降低,主要原因是交联反应往往发生在活性较高的-NH2上,而在-NH2上引入了其它的基团后增加了氮原子同金属离子配位的空间位阻。另外,交联产物中的-NH2和-OH减少,且交联剂中不含有吸附性能优于-NH2和-OH的官能团。因此,要改善交联壳聚糖对金属离子的吸附性能,可先对交联剂进行化学修饰,引入对吸附作用有贡献的活性基团。
本文利用乙二胺和戊二醛的希夫碱反应生成希夫碱交联剂,以引入利于吸附的活性基团,再与壳聚糖交联制备出改性交联壳聚糖。用红外光谱对其结构进行表征,并研究其对重金属离子Cu2+的吸附性能。结果表明:改性交联壳聚糖对Cu2+的吸附性能较交联壳聚糖有了很大提高,吸附平衡时间为8小时,pH为4时最大吸附量为157mg/g。该改性交联壳聚糖具有较强的的机械性能,但抗酸性能还需提高。