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海藻酸纤维对重金属离子的吸附性能研究

作　者: 成芳芳
导　师: 夏延致
学　校: 青岛大学
专　业: 材料学
关键词: 海藻酸纤维重金属静态吸附动态吸附吸附模型
分类号: X173
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 199次
引　用: 3次
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内容摘要

海藻是一种丰富的海洋生物资源,我国海藻资源丰富,海藻酸盐产量居世界第一位。海藻酸分子链上含有大量的羧基和羟基,与金属离子有较强的络合能力,能够通过络合等方式和金属离子形成稳定的螯合物。以海藻酸钠为原料,通过湿法纺丝制备的海藻酸纤维不仅吸附容量大、易操作、吸附速度快、节约成本,而且饱和吸附后回收的纤维经过酸简单处理后,可迅速解吸附,从而可以重复使用,是一种理想的绿色生物质吸附材料。本文以海藻酸纤维为生物吸附剂,分别研究了其对水溶液中Pb2+、Fe3+的静态吸附特征及对Pb2+、Cu2+的动态吸附行为。静态法研究包括等温吸附研究,考虑了包括吸附剂用量、pH值、初始浓度、时间和温度等因素对吸附的影响；探讨了吸附剂的吸附机理,研究了铜和铅离子的吸附热力学和动力学行为。静态吸附实验的结果表明,海藻酸纤维对Pb2+、Fe3+的吸附在很短的时间内就能达到平衡,且随时间延长吸附量变化不大,解吸附作用不明显；海藻酸纤维吸附Pb2+的最佳pH为5.5,Fe3+为2.0；随离子浓度的增大,海藻酸纤维的吸附量增大,达到吸附平衡的时间缩短；温度升高,纤维的平衡吸附量降低,海藻酸纤维对Fe3+的吸附受温度影响较大；海藻酸纤维用量为4g/L时,吸附效果最佳。海藻酸纤维吸附Pb2+、Fe3+的动力学过程可用准二级动力学模型、Elovich方程和双常数方程描述,说明此吸附过程为一个非均相扩散的化学吸附过程,且吸附时纤维表面的能量分布不均匀。Fe3+的平衡吸附可用Langmuir和Freundlich等温式描述,而Pb2+的平衡吸附只能用Freundlich等温式描述,Fe3+和Pb2+吸附反应的△G0的值都小于零,说明海藻酸纤维吸附Pb2+和Fe3+的过程是自发进行的。吸附过程的焓变(△H)小于零,表明该吸附过程是放热的。熵变(△S)小于零,表明随着吸附的进行,重金属在海藻酸纤维表面排列的无规性降低。对海藻酸纤维吸附铜和铅离子的动态柱吸附模型进行了探讨。结果表明,改性滤料吸附柱对Pb2+和Cu2+的吸附均具有良好的吸附柱动力学特性,吸附效果很好,在给定的实验条件下,Thomas方程和Yoon-Nelson方程与实验结果均可以较好地拟合,由模型参数计算出来的数据与实验数据有很高的拟合度。吸附柱可以再生和重复使用,被吸附的金属离子经过解吸可以浓缩和回收,因此在重金属废水处理方面具有很广阔的应用前景。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-7
引言  7-8
第一章绪论  8-25
  1.1 重金属废水的来源及危害  8-10
    1.1.1 重金属的定义  8
    1.1.2 重金属废水的来源  8-9
    1.1.3 重金属废水的危害  9-10
  1.2 重金属废水的常规处理办法  10-11
  1.3 重金属废水的生物吸附法  11-14
    1.3.1 活性炭  11-13
    1.3.2 菌类  13
    1.3.3 藻类  13-14
  1.4 海藻酸纤维的吸附机理  14-15
  1.5 吸附模型  15-23
    1.5.1 吸附动力学模型  15-18
    1.5.2 平衡吸附模型  18-20
    1.5.3 吸附热力学模型  20-21
    1.5.4 动态吸附模型  21-23
  1.6 研究目的和意义  23-25
第二章海藻酸纤维对Pb~(2+)、Fe~(2+)的静态吸附行为研究  25-47
  2.1 引言  25
  2.2 实验原料及仪器  25-26
  2.3 实验方法  26-28
    2.3.1 海藻酸纤维的制备  26-27
    2.3.2 缓冲溶液的配制  27
    2.3.3 重金属溶液的配置  27
    2.3.4 离子浓度的表征  27
    2.3.5 pH对吸附的影响  27-28
    2.3.6 溶液初始浓度和吸附时间对吸附的影响  28
    2.3.7 温度对吸附的影响  28
    2.3.8 纤维用量对吸附的影响  28
  2.4 结果与讨论  28-46
    2.4.1 纤维形貌分析  28-29
    2.4.2 海藻酸纤维吸附Pb~(2+)、Fe~(3+)的影响因素研究  29-34
    2.4.3 海藻酸纤维吸附Pb~(2+)、Fe~(3+)的动力学研究  34-41
    2.4.4 海藻酸纤维对Pb~(2+)、Fe~(3+)的平衡吸附研究  41-45
    2.4.5 海藻酸纤维吸附Pb~(2+)、Fe~(3+)的热力学研究  45-46
  2.5 本章小结  46-47
第三章海藻酸纤维对Pb~(2+)、Cu~(2+)的动态吸附研究  47-60
  3.1 前言  47
  3.2 实验原料及仪器  47
  3.3 动态柱吸附研究  47-48
  3.4 脱吸附研究  48
  3.5 结果与讨论  48-59
    3.5.1 柱吸附过程分析  48-49
    3.5.2 动态吸附Thomas模型分析  49-54
    3.5.3 动态吸附Yoon-Nelson模型分析  54-58
    3.5.4 脱吸附过程研究  58-59
  3.6 本章小结  59-60
第四章结论  60-62
参考文献  62-67
攻读硕士学位期间取得的成果  67-68
致谢  68-70

海藻酸纤维对重金属离子的吸附性能研究

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