壳聚糖负载蒙脱土对活性翠蓝溶液吸附性能研究

某某大学毕业设计（论文）I壳聚糖负载蒙脱土对活性翠蓝溶液吸附性能研究姓名（某某大学某某学院 地点 邮编）摘 要本文研究了壳聚糖负载蒙脱土对模拟印染废水活性翠蓝溶液的吸附性能。分别探讨了壳聚糖负载蒙脱土量、染料浓度、介质的 pH 值、吸附温度及吸附时间对吸附性能的影响，最终得到了壳聚糖负载蒙脱土对模拟染料废水活性翠蓝溶液的最佳吸附条件。结果表明：对于一定浓度的活性翠蓝溶液，随着壳聚糖负载蒙脱土用量的增加，对活性翠蓝溶液的吸附量逐渐增强，在负载蒙脱土用量为 0.06g 左右效果较好；介质的 pH值在 2-5 的条件下，负载蒙脱土对活性翠蓝溶液吸附性能较好；随着吸附时间的增长，吸附量不断增大最后达到平衡值，一般情况下都在 105min 左右达到平衡，温度对吸附性能影响较小，在 25时吸附性能相对较好；负载蒙脱土的吸附量随染料浓度的增大逐渐增大,本文的吸附符合 Langmuir 和 Freundlich 吸附模型。结论：壳聚糖负载蒙脱土用量在 0.06g 左右，pH 值在 2-5 条件下，时间在 105min 左右，温度在 25时有很好的吸附性能。关键词：壳聚糖；蒙脱土；壳聚糖负载蒙脱土；活性翠蓝溶液；吸附；分光光度法朱宗元：壳聚糖负载蒙脱土对活性翠蓝溶液吸附性能研究IIThe study of the adsorption behavior of Chitosan loaded montmorillonite for Reactive turquoise blue solutionXX (XX XX XX)AbstractThis paper studies the activity of Chitosan loadied montmorillonite on dyeing wastewater Reactive turquoise Blue solution adsorption.Investigate the effects of Chitosan loaded montmorillonite dosage, medium pH values, adsorption temperature, adsorption time, and dye concentration on the adsorption properties.Has finally been activated Chitosan loaded montmorillonite on simulated wastewater Reactive turquoise blue solution the best adsorption conditions. The results showed that: For a certain concentration of active Reactive turquoise blue solution,with the increasing amount of Chitosan loaded montmorillonite, Chitosan loaded montmorillonite on the activity of Reactive turquoise blue solution gradually weakened adsorption. About the effect of Chitosan loaded montmorillonite dosage was 0.06g a better. pH value in the 2-5 acidic condition, activity of Chitosan loaded montmorillonite on Reactive turquoise blue solution is better solution adsorption. With the increase of adsorption time, adsorption equilibrium value of the last growing. Under normal circumstances have 105 minutes to achieve a balance. Little effect of temperature on adsorption, adsorption at 25, the relatively good performance; Chitosan loaded montmorillonite adsorption capacity increases with the concentration of dye increases.Equilibrium data agreed very well with the Langmuir and Freundlich adsorption mode. Conclusion: the dosage of 0.06g or so of Chitosan loaded montmorillonite, pH conditions in the 2-5, time 105 minutes, the temperature at 25 has a good adsorption.Keyword：Chitosan; montmorillonite; Chitosan loaded montmorillonite;Reactive turquoise blue solution; adsorption; spectrophotometry某某大学毕业设计（论文）III目 录引言1第 1 章 概 述21.1 蒙脱土与壳聚糖的基本性质21.1.1 蒙脱土的物理性质21.1.2 蒙脱土的化学性质21.1.3 壳聚糖的基本性质31.2 我国印染废水情况31.3 蒙脱土在纺织印染业的主要应用51.4 国内蒙脱土的市场现状及前景展望5第2章 实验部分62.1 主要实验试剂62.2 主要实验仪器62.3 实验原理62.3.1 722N 可见分光光度计的测量原理 62.3.2 蒙脱土吸附活性翠蓝溶液的原理62.4 实验内容62.4.1 壳聚糖负载蒙脱土的制备62.4.2 活性翠蓝原始溶液的配制72.4.3 试验方法72.4.3.1 最大吸收波长的选取72.4.3.2 工作曲线的绘制72.4.3.3 负载前后的蒙脱土吸附活性翠蓝溶液7第 3 章 结果与讨论93.1 分光光度法测定活性翠蓝溶液93.1.1 最大波长的选取93.1.2 标准曲线的绘制103.2 蒙脱土吸附性能的研究103.2.1 蒙脱土量对吸附性能的影响103.2.2 染料浓度对吸附性能的影响113.2.3 pH 对吸附性能的影响 123.2.4 时间及温度对吸附性能的影响133.2.5 吸附规律探讨15结论与展望18致谢19参考文献20朱宗元：壳聚糖负载蒙脱土对活性翠蓝溶液吸附性能研究IV插图清单图 3-1 活性翠蓝在不同波长下的吸光度 9图 3-2 活性翠蓝在不同浓度下的吸光度 10图 3-3 蒙脱土质量与吸附量的关系 11图 3-4 染料浓度与吸附量的关系 12图 3-5 pH 值与吸附量的关系 13图 3-6 负载前时间及温度与吸附量之间的关系 14图 3-7 负载后时间及温度与吸附量之间的关系 15图 3-8 拟合结果图 1 16图 3-9 拟合结果图 2 16某某大学毕业设计（论文）V表格清单表 3-1 活性翠蓝在不同波长下的吸光度 9表 3-2 活性翠蓝在不同浓度下的吸光度 10表 3-3 负载前蒙脱土量对吸附性能的影响 10表 3-4 负载后蒙脱土量对吸附性能的影响 11表 3-5 负载前染料浓度对吸附性能的影响 11表 3-6 负载后染料浓度对吸附性能的影响 12表 3-7 负载前 pH 对吸附性能的影响 12表 3-8 负载后 pH 对吸附性能的影响 13表 3-9 负载前温度及时间对吸附性能的影响 13表 3-10 负载后温度及时间对吸附性能的影响 14表 3-11 壳聚糖负载蒙脱土吸附不同浓度活性翠蓝的相关数值 15表 3-12 Langmuir 方程和 Freundlich 方程的拟合参数 16百手起驾整理为您引 言日益严重的印染废水污染已经成为制约我国经济建设和影响人民生活的显著问题，因此得到人们的普遍关注，染料废水由于其高化学需氧量、高色度、有机成分复杂 1-3、微生物降解程度低等诸多特点，一直是工业废水处理中的一大难题。治理染料废水行之有效的途径是先通过物理化学方法进行预处理脱色，去除生物毒性大、色度高的染料分子, 提高废水的可生化性,然后通过后续生化处理，达到综合治理的目的。其中作为染料废水预处理的物理化学处理是十分关键的。在物理处理法中应用最多的是吸附法，目前工业上使用较多的吸附剂是粒状活性炭、活性硅藻土和树脂。研究表明，活性炭是大部分染料的最好吸附剂，但其再生困难，使用成本高。美国、日本等发达国家已经开始研究利用粘土作为絮凝剂进行污染废水的净化处理 4-5，达到了高效而经济地消除印染废水的污染。而我国仍采用无机盐及无机高分子絮凝剂等传统方法进行处理，这些方法在一定程度上对解决我国现实印染废水污染问题上与世界前沿的发展水平很难同步 6。天然粘土矿物蒙脱土储量丰富、价格低廉、比表面积高, 已经成为较为活跃的吸附剂研究对象 7-8。但蒙脱土对阴离子型染料的去除效果很低，这主要是由其层状结构的负电性造成的。壳聚糖分子中存在大量的游离氨基和羟基，可以有效去除废水中的过渡金属和有机物 9-10，但机械性能不稳定在很大程度上限制了其使用。为此，本文将壳聚糖分子链引入到蒙脱土的层间，这样既可以产生结构正电荷，保证吸附能力，又弥补了蒙脱土自身的缺陷。研究表明，制得的壳聚糖负载蒙脱土具有吸附容量大、制备方便、无污染等优点。第 1 章 概 述1.1 蒙脱土与壳聚糖的基本性质1.1.1 蒙脱土的物理性质蒙脱土的物理性质主要表现在水化、膨胀、分散和收缩等方面。蒙脱土遇水后，在其颗粒表面吸附水分子形成水化膜的过程称为水化；水分子进入蒙脱土晶层间，使其体积由小变大的过程称为膨胀；水分子进入蒙脱土晶层间，使其由大颗粒变为小颗粒的过程称为分散；在高温作用下，蒙脱土吸附的水分子逐步蒸发，甚至使结构中的羧基脱除，体积有大变小的过程称为收缩。产生水化作用的原因在于蒙脱土本身的电荷及表面吸附的可换性离子均能以静电引力吸附极性水分子；同时，蒙脱土晶体中的氧或氢氧之间形成氢键，从而使水分子在蒙脱土颗粒周围定向排列，形成水化膜。蒙脱土的水化膨胀可分为两个过程，即表面水化引起的膨胀和渗透性水化引起的膨胀。蒙脱土表面水化引起膨胀：蒙脱土矿物晶层间存在着范德华力、晶层面负电荷阳离子晶层面负电荷之间的静电引力和晶层间的氢键力等，使得蒙脱土各晶层连在一起。这些力称为晶层间斥力。当蒙脱土晶层间的斥力大于其连结力时，蒙脱土颗粒就沿层面分开，由大颗粒变为小颗粒，即为水化膨胀分散。蒙脱土的膨胀性很大程度上取决于交换阳离子的种类，如层间为钠离子的蒙脱土的分散性较层间为钙、镁、铵等的分散性好，钠蒙脱土水化后其晶层间距可达 1.7-4.0nm，而钙蒙脱土水化后其晶层距最大仅为 1.7nm，其中原因在于蒙脱土单元晶层间存在着两种力，一种是层间阳离子水化产生的膨胀力和负电荷的晶层之间的斥力；另一种是蒙脱土单元层-层间阳离子-蒙脱土单元晶层之间的静电引力。蒙脱土膨胀分散程度取决于这两种力的大小。如果引力大于斥力，则只能发生晶格膨胀(如钙土)；如果斥力大到足够破坏单元层间的引力，则发生渗透膨胀，形成扩散双电层，双电层之力使单元晶层分离开( 如钠土) 。1.1.2 蒙脱土的化学性质蒙脱土是 2:1 型才状硅铝酸盐粘土，结构单元为两层 Si 四面体中间夹一层 Al-O 八面体，其化学组成为（Al 2Mg3）(Si 4O10)(OH)nH2O13。1.1.2.1 蒙脱土的阳离子交换性质由于蒙脱土带负电荷，为保持电中性，必然从分散介质中吸附等电量的阳离子。这些被吸附的阳离子，可以被分散介质中的其他阳离子所取代，因此称之为交换性阳离子。在 pH 值为 7 时，所能交换的阳离子的总量称为阳离子交换容量。它是衡量蒙脱土性能的一个重要指标，单位用 mmol/100g 土。影响蒙脱土的阳离子交换容量大小的因素主要有：蒙脱土的本性、分散度及分散介质的酸碱度。不同产地的蒙脱土其化学组成和晶体构造不同，阳离子交换容量有所不同。这是因为引起蒙脱土阳离子交换的因素是类质同象和 OH-中 H 的解离所产生的负电荷，其中类质同象越多的蒙脱土，阳离子交换容量越大。蒙脱土的阳离子交换容量约为 70-130mmol/100g，比其他粘土大。蒙脱土的交换容量随分散度的增大而增大。蒙脱土的阳离子交换主要是由于类质同象置换所产生的电荷，由于裸露的 OH-中 H 的解离所产生的负电荷所占的比例很小，因而受分散度的影响较小。随着介质的 pH 值增高，阳离子交换容量增加，其原因在于铝氧八面体中 Al-O-H百手起驾整理为您键是两性的，在强酸性环境中 OH-易解离，土表面可带正电荷；在碱性环境中 H 易解离，使土表面负电荷增加；此外，溶液中 OH-增多，它以氢键吸附于蒙脱土表面，使土表面的负电荷增多，从而增加土在阳离子交换容量 12。1.1.2.2 蒙脱土的吸附性质蒙脱土的吸附性一般泛指截留或吸附固体、气体、液体及溶于液体中的物质的能力。它是蒙脱土的重要性能之一。吸附性主要有三种：物理吸附、化学吸附和离子交换吸附。物理吸附是指吸附剂与吸附质之间的分子间引力而产生的吸附（其中包括氢键产生的吸附） 。物理吸附是可逆的，吸附速度和解吸速度在一定的温度、浓度条件下呈动态平衡状态。蒙脱土产生物理吸附的原因来自于其表面分子具有的表面能。一般地，物理吸附于蒙脱土的比表面有关，比表面积大则吸附性强；反之，吸附性弱。蒙脱土悬浮体分散体很高，比表面积可高达每克几百万平方米，因此吸附性能较强。化学吸附是指由吸附剂和吸附质之间的化学键力而产生的吸附。阴离子基团可以靠化学键吸附在蒙脱土的表面上，吸附方式有以下两种：蒙脱土晶体边缘带正电荷，阴离子基团可以靠静电引力吸附在其边面上；介质中有中性电解质存在时，无机阳离子可以在蒙脱土与阴离子基团之间起“桥联” 作用，吸附阴离子基团。离子交换吸附是由于蒙脱土的带负电性，根据电中性原理，必然要有等量的正离子吸附在其表面上以达到电性平衡。吸附的离子可与溶液中的离子发生交换作用，这种作用即为离子交换吸附。阳离子交换性吸附有一下两个特点：由蒙脱土表面交换出来的阳离子与被吸附的阳离子电量是相等的；吸附过程是可逆的。1.1.3 壳聚糖的性质壳聚糖是甲壳素的脱乙酰化产物，又称可溶甲壳素、壳多糖、甲壳胺，是一种天然生物高分子聚合物，白色结晶性粉末。有很强的吸湿性，仅次于甘油、高于聚乙二醇、山梨醇。在吸湿过程中，分子中的羟基、胺基等极性基团与水分子作用而水合，分子链逐渐膨胀，随着 pH 值的变化，分子链从球状胶束变成线状。具有很好成膜性、透气性和生物相容性，且可生物降解。壳聚糖是白色无定形、半透明、略有珍珠光泽的固体，因原料不同和制备方法不同，分子量也从数十万到数百万不等，不溶于水和碱溶液，可溶于稀的盐酸、硝酸的无机酸和大多数的有机酸，不溶于稀的硫酸、磷酸。壳聚糖是一种天然高分子聚合物，属于氨基多糖，学名为(1-4)-2-乙酰氨基-2-脱氧 -D-葡萄糖 ，分子式为(C 8H13NO5)n。1.2 我国印染废水情况纺织印染行业排放的印染废水是我国工业系统中重点污染源之一，据国家环保总局统计，印染行业排放的印染废水总量位于全国各工业部门排放的总量第五位。2004年，全行业排水量 13.6 亿立方，而其污染物排放总量(以 COD 计)则位于各工业部门第六位。印染废水属于含有一定量难生物降解物质的有机性废水。其污染物浓度高(COD)，色度深，是难处理的工业废水之一。据有关资料，印染废水中退浆废水造成的污染约占纺织品湿加工整理废水总量的50%，退浆废水中大量的污染物来源于浆纱过程中所用的浆料。退浆废水中主要的的污染物 PVA 及一些助剂，根据实测资料，天然浆料的退浆废水 COD 为 10g/L-20g/L， BOD 为 5-10g/L，属易生化的高浓度有机废水，pH 值一般在 9 左右，对于合成浆料(PVA) 的退浆废水 COD 介于 10-40g/L 之间， BOD 在 5000mg/L-1000mg/L 之间，pH 值一般在 6 左右属于难生化的高浓度有机废水。因此，含 PVA 的废水排入水体后，在环境中大量积累，使水体表面泡沫增多，粘度加大，影响好氧微生物的活动，从而造成了严重的环境问题。处理印染废水常用的方法大致分为三种：1.2.1 利用微生物新陈代谢作用去除废水中的有机物的生物方法1.2.1.1 好氧生物处理活性污泥法在处理印染废水中应用最为普遍，这是因为活性污泥法具有可分解大量有机物、能去除部分色素、可调节 pH 值、运转效率高且费用低等优点。活性污泥法的 BOD 去除率一般可达到 80-90，COD 去除率一般可达到 40-60，脱色能力为 30-50 。由于常规活性污泥法对色度的去除往往不够理想且 COD 去除不高。因此，目前印染废水处理中，大多采用活性污泥处理的改进工艺。1.2.1.2 厌氧生物处理厌氧法具有应用范围广、能耗低、有机负荷高、剩余污泥量少和脱水性良好的特点。由于厌氧法能够把难降解的大分子有机物分解成小分子有机物现在采用不同措施改善此工艺，取得了一定成果李亚新等设计的厌氧生物滤池实验取得了较好效果，可使 COD 去除率达到 70-86，色度去除率为 60-84，且出水水质稳定。但是，单一的厌氧处理运行周期比较长，而且往往很难达到排放标准，特别是在气味和色度上，