壳聚糖及其衍生物树脂的制备、性质和对Cu2+、Pb2+和Cd2+吸附性能研究
近年来，随着工业的发展和人类活动的增加，各类重金属污染物被大量排放进入大气、水体和土壤中，给人类健康和生态环境带来了严重的威胁。在处理水体中重金属污染物的诸多方法中吸附法占有重要的地位，开发成本低、性能高且安全环保的吸附材料是未来重金属处理领域的方向。壳聚糖是一种储量丰富的海洋生物多糖，具有良好的生物相容性、生物可降解性和无毒性等优点，近年来引起了研究者的广泛关注，被大量应用于医药、食品和环保等领域。壳聚糖分子链中含有大量的氨基(-NH2)和羟基(-OH)活性基团，这些基团可以和多种重金属离子发生配位反应，利用这种性质可以将其应用于水体中重金属的分离和净化，但壳聚糖材料在重金属存在的介质中易流失且回收困难，限制了它在重金属处理领域的广泛应用。 本文采用锐孔滴定法和乳化法制备了两种壳聚糖球形树脂，并对树脂的物理结构和化学结构进行了表征，用戊二醛对树脂进行交联改性，提高了材料在酸性介质中的稳定性和机械强度。用制备的树脂吸附水溶液中的重金属离子，发现乳化交联法制备的壳聚糖球形树脂对重金属具有较好的吸附性能且机械强度良好，是一种理想的重金属吸附材料，用该树脂吸附水溶液中 Cu2+、Pb2+和Cd2+等重金属离子，研究了不同pH值、接触时间和初始浓度对吸附量的影响。发现当初始pH=5.0时，树脂对Cu2+的吸附量最大，当pH=6.0时，树脂对Pb2+和Cd2+的吸附量达到最大值；在最适pH条件下，树脂对三种重金属离子的吸附量分别在150min、210min和240min达到最大值，吸附动力学符合准二级动力学模型；吸附量随初始浓度的升高不断增大并最终达到平衡，用 Langmuir和 Freundlich等温吸附模型对实验数据进行拟合，发现树脂对三种重金属离子的吸附均符合 Langmuir等温线模型，拟合的最大吸附量分别为163.93mg/g、188.67mg/g和151.51mg/g；研究了树脂在多种重金属离子共存时的吸附特征，发现树脂对Cu2+具有一定的选择吸附性。 羧甲基壳聚糖(CMCS)是壳聚糖的一种重要衍生物，对重金属离子具有较强的配位能力。用乳化交联法将CMCS制备成球形树脂，并利用SEM和FTIR等方法对树脂的表面结构和化学结构进行了表征，发现羧甲基壳聚糖上的氨基(-NH2)、羟基(-OH)和羧甲基(-CH2-COO-)等活性基团均参与了同重金属离子的配位反应。对树脂在水溶液中对重金属离子的吸附行为研究发现，在最适条件下，树脂对Cu2+、Pb2+和Cd2+的吸附分别在90min、120min和150min达到平衡，吸附过程符合准二级动力学模型；对重金属离子的吸附量分别为156.25mg/g、222.22mg/g和178.57mg/g，用两种等温吸附模型对实验数据进行拟合，发现吸附过程同样符合Langmuir等温线模型；说明相对于壳聚糖树脂，羧甲基壳聚糖树脂对重金属的吸附能力较强，达到平衡的时间较短。当溶液有多种重金属离子共存时，树脂对重金属离子的选择性吸附能力为 Cu2+＞Pb2+＞Cd2+，同样对Cu2+具有较好的选择吸附性；用EDTA对树脂进行解吸达到了较好的去除效果，说明树脂具有一定的可再生能力。 本研究制备的两种海洋生物多糖树脂是一种安全环保的吸附材料，不会产生二次污染，因此可用于中药生产中重金属离子的去除。本文以金银花提取物和银杏叶提取物为模型，研究了两种树脂对中药提取物中重金属离子的去除效果及其对有效成分的影响。结果表明羧甲基壳聚糖树脂对两种中药提取物中的重金属离子Cu2+、Pb2+和Cd2+具有较好的吸附能力，去除率均达到90％以上，吸附后中药的有效成分绿原酸和总黄酮的流失率较小，树脂在中药中重金属的处理方面具有一定的应用价值。
壳聚糖;衍生物树脂;制备工艺;吸附性能;金属离子Cu2+;金属离子Pb2+;金属离子Cd2+
中国海洋大学
硕士
海洋生物学
刘成圣
2013
中文
TQ424
96
2013-09-02（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）