殼聚糖負載蒙脫土對活性翠藍溶液吸附性能研究

1、殼聚糖負載蒙脫土對活性翠藍溶液吸附性能研究姓名（某某大學某某學院 地點 郵編）摘 要本文研究了殼聚糖負載蒙脫土對模擬印染廢水活性翠藍溶液的吸附性能。分別探討了殼聚糖負載蒙脫土量、染料濃度、介質(zhì)的pH值、吸附溫度及吸附時間對吸附性能的影響，最終得到了殼聚糖負載蒙脫土對模擬染料廢水活性翠藍溶液的最佳吸附條件。結(jié)果表明：對于一定濃度的活性翠藍溶液，隨著殼聚糖負載蒙脫土用量的增加，對活性翠藍溶液的吸附量逐漸增強，在負載蒙脫土用量為0.06g左右效果較好；介質(zhì)的pH值在2-5的條件下，負載蒙脫土對活性翠藍溶液吸附性能較好；隨著吸附時間的增長，吸附量不斷增大最后達到平衡值，一般情況下都在105min左右達

2、到平衡，溫度對吸附性能影響較小，在25時吸附性能相對較好；負載蒙脫土的吸附量隨染料濃度的增大逐漸增大,本文的吸附符合Langmuir 和 Freundlich吸附模型。結(jié)論：殼聚糖負載蒙脫土用量在0.06g左右，pH值在2-5條件下，時間在105min左右，溫度在25時有很好的吸附性能。關(guān)鍵詞：殼聚糖；蒙脫土；殼聚糖負載蒙脫土；活性翠藍溶液；吸附；分光光度法The study of the adsorption behavior of Chitosan loaded montmorillonite for Reactive turquoise blue solutionXX (XX XX XX

3、)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 ads

4、orption 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 Chitosa

5、n 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 montmorillonit

6、e 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

7、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

8、-5, time 105 minutes, the temperature at 25 has a good adsorption.Keyword：Chitosan; montmorillonite; Chitosan loaded montmorillonite;Reactive turquoise blue solution; adsorption; spectrophotometry目 錄引言1第1章 概 述21.1 蒙脫土與殼聚糖的基本性質(zhì)21.1.1 蒙脫土的物理性質(zhì)21.1.2 蒙脫土的化學性質(zhì)21.1.3 殼聚糖的基本性質(zhì)31.2 我國印染廢水情況31.3 蒙脫土在紡織印染業(yè)的主

9、要應(yīng)用51.4 國內(nèi)蒙脫土的市場現(xiàn)狀及前景展望5第2章 實驗部分62.1 主要實驗試劑62.2 主要實驗儀器62.3 實驗原理62.3.1 722N可見分光光度計的測量原理62.3.2 蒙脫土吸附活性翠藍溶液的原理62.4 實驗內(nèi)容62.4.1 殼聚糖負載蒙脫土的制備62.4.2 活性翠藍原始溶液的配制72.4.3 試驗方法72.4.3.1 最大吸收波長的選取72.4.3.2 工作曲線的繪制72.4.3.3 負載前后的蒙脫土吸附活性翠藍溶液7第3章 結(jié)果與討論93.1 分光光度法測定活性翠藍溶液93.1.1 最大波長的選取93.1.2 標準曲線的繪制103.2 蒙脫土吸附性能的研究103.2.

10、1 蒙脫土量對吸附性能的影響103.2.2 染料濃度對吸附性能的影響113.2.3 pH對吸附性能的影響123.2.4 時間及溫度對吸附性能的影響133.2.5 吸附規(guī)律探討15結(jié)論與展望18致謝19參考文獻20插圖清單 圖3-1 活性翠藍在不同波長下的吸光度9圖3-2活性翠藍在不同濃度下的吸光度10圖3-3 蒙脫土質(zhì)量與吸附量的關(guān)系11圖3-4染料濃度與吸附量的關(guān)系12圖3-5 pH值與吸附量的關(guān)系13圖3-6 負載前時間及溫度與吸附量之間的關(guān)系14圖3-7 負載后時間及溫度與吸附量之間的關(guān)系15圖3-8 擬合結(jié)果圖116圖3-9 擬合結(jié)果圖216表格清單表3-1 活性翠藍在不同波長下的吸光

11、度9表3-2 活性翠藍在不同濃度下的吸光度10表3-3 負載前蒙脫土量對吸附性能的影響10表3-4 負載后蒙脫土量對吸附性能的影響11表3-5 負載前染料濃度對吸附性能的影響11表3-6 負載后染料濃度對吸附性能的影響12表3-7 負載前pH對吸附性能的影響12表3-8 負載后pH對吸附性能的影響13表3-9 負載前溫度及時間對吸附性能的影響13表3-10負載后溫度及時間對吸附性能的影響14表3-11殼聚糖負載蒙脫土吸附不同濃度活性翠藍的相關(guān)數(shù)值15表3-12 Langmuir方程和Freundlich方程的擬合參數(shù)16引 言日益嚴重的印染廢水污染已經(jīng)成為制約我國經(jīng)濟建設(shè)和影響人民生活的顯著問

12、題，因此得到人們的普遍關(guān)注，染料廢水由于其高化學需氧量、高色度、有機成分復(fù)雜1-3、微生物降解程度低等諸多特點，一直是工業(yè)廢水處理中的一大難題。治理染料廢水行之有效的途徑是先通過物理化學方法進行預(yù)處理脫色，去除生物毒性大、色度高的染料分子, 提高廢水的可生化性,然后通過后續(xù)生化處理，達到綜合治理的目的。其中作為染料廢水預(yù)處理的物理化學處理是十分關(guān)鍵的。在物理處理法中應(yīng)用最多的是吸附法，目前工業(yè)上使用較多的吸附劑是粒狀活性炭、活性硅藻土和樹脂。研究表明，活性炭是大部分染料的最好吸附劑，但其再生困難，使用成本高。美國、日本等發(fā)達國家已經(jīng)開始研究利用粘土作為絮凝劑進行污染廢水的凈化處理4-5，達到了

13、高效而經(jīng)濟地消除印染廢水的污染。而我國仍采用無機鹽及無機高分子絮凝劑等傳統(tǒng)方法進行處理，這些方法在一定程度上對解決我國現(xiàn)實印染廢水污染問題上與世界前沿的發(fā)展水平很難同步6。天然粘土礦物蒙脫土儲量豐富、價格低廉、比表面積高, 已經(jīng)成為較為活躍的吸附劑研究對象7-8。但蒙脫土對陰離子型染料的去除效果很低，這主要是由其層狀結(jié)構(gòu)的負電性造成的。殼聚糖分子中存在大量的游離氨基和羥基，可以有效去除廢水中的過渡金屬和有機物9-10，但機械性能不穩(wěn)定在很大程度上限制了其使用。為此，本文將殼聚糖分子鏈引入到蒙脫土的層間，這樣既可以產(chǎn)生結(jié)構(gòu)正電荷，保證吸附能力，又彌補了蒙脫土自身的缺陷。研究表明，制得的殼聚糖負載

14、蒙脫土具有吸附容量大、制備方便、無污染等優(yōu)點。第1章 概 述1.1 蒙脫土與殼聚糖的基本性質(zhì)1.1.1 蒙脫土的物理性質(zhì)蒙脫土的物理性質(zhì)主要表現(xiàn)在水化、膨脹、分散和收縮等方面。蒙脫土遇水后，在其顆粒表面吸附水分子形成水化膜的過程稱為水化；水分子進入蒙脫土晶層間，使其體積由小變大的過程稱為膨脹；水分子進入蒙脫土晶層間，使其由大顆粒變?yōu)樾☆w粒的過程稱為分散；在高溫作用下，蒙脫土吸附的水分子逐步蒸發(fā)，甚至使結(jié)構(gòu)中的羧基脫除，體積有大變小的過程稱為收縮。產(chǎn)生水化作用的原因在于蒙脫土本身的電荷及表面吸附的可換性離子均能以靜電引力吸附極性水分子；同時，蒙脫土晶體中的氧或氫氧之間形成氫鍵，從而使水分子在蒙脫

15、土顆粒周圍定向排列，形成水化膜。蒙脫土的水化膨脹可分為兩個過程，即表面水化引起的膨脹和滲透性水化引起的膨脹。蒙脫土表面水化引起膨脹：蒙脫土礦物晶層間存在著范德華力、晶層面負電荷陽離子晶層面負電荷之間的靜電引力和晶層間的氫鍵力等，使得蒙脫土各晶層連在一起。這些力稱為晶層間斥力。當蒙脫土晶層間的斥力大于其連結(jié)力時，蒙脫土顆粒就沿層面分開，由大顆粒變?yōu)樾☆w粒，即為水化膨脹分散。蒙脫土的膨脹性很大程度上取決于交換陽離子的種類，如層間為鈉離子的蒙脫土的分散性較層間為鈣、鎂、銨等的分散性好，鈉蒙脫土水化后其晶層間距可達1.7-4.0nm，而鈣蒙脫土水化后其晶層距最大僅為1.7nm，其中原因在于蒙脫土單元晶

16、層間存在著兩種力，一種是層間陽離子水化產(chǎn)生的膨脹力和負電荷的晶層之間的斥力；另一種是蒙脫土單元層-層間陽離子-蒙脫土單元晶層之間的靜電引力。蒙脫土膨脹分散程度取決于這兩種力的大小。如果引力大于斥力，則只能發(fā)生晶格膨脹(如鈣土)；如果斥力大到足夠破壞單元層間的引力，則發(fā)生滲透膨脹，形成擴散雙電層，雙電層之力使單元晶層分離開(如鈉土)。1.1.2 蒙脫土的化學性質(zhì)蒙脫土是2:1型才狀硅鋁酸鹽粘土，結(jié)構(gòu)單元為兩層Si四面體中間夾一層Al-O八面體，其化學組成為（Al2Mg3）(Si4O10)(OH)nH2O13。1.1.2.1 蒙脫土的陽離子交換性質(zhì)由于蒙脫土帶負電荷，為保持電中性，必然從分散介質(zhì)中

17、吸附等電量的陽離子。這些被吸附的陽離子，可以被分散介質(zhì)中的其他陽離子所取代，因此稱之為交換性陽離子。在pH值為7時，所能交換的陽離子的總量稱為陽離子交換容量。它是衡量蒙脫土性能的一個重要指標，單位用mmol/100g土。影響蒙脫土的陽離子交換容量大小的因素主要有：蒙脫土的本性、分散度及分散介質(zhì)的酸堿度。不同產(chǎn)地的蒙脫土其化學組成和晶體構(gòu)造不同，陽離子交換容量有所不同。這是因為引起蒙脫土陽離子交換的因素是類質(zhì)同象和OH-中H的解離所產(chǎn)生的負電荷，其中類質(zhì)同象越多的蒙脫土，陽離子交換容量越大。蒙脫土的陽離子交換容量約為70-130mmol/100g，比其他粘土大。蒙脫土的交換容量隨分散度的增大而增

18、大。蒙脫土的陽離子交換主要是由于類質(zhì)同象置換所產(chǎn)生的電荷，由于裸露的OH-中H的解離所產(chǎn)生的負電荷所占的比例很小，因而受分散度的影響較小。隨著介質(zhì)的pH值增高，陽離子交換容量增加，其原因在于鋁氧八面體中Al-O-H鍵是兩性的，在強酸性環(huán)境中OH-易解離，土表面可帶正電荷；在堿性環(huán)境中H易解離，使土表面負電荷增加；此外，溶液中OH-增多，它以氫鍵吸附于蒙脫土表面，使土表面的負電荷增多，從而增加土在陽離子交換容量12。1.1.2.2 蒙脫土的吸附性質(zhì)蒙脫土的吸附性一般泛指截留或吸附固體、氣體、液體及溶于液體中的物質(zhì)的能力。它是蒙脫土的重要性能之一。吸附性主要有三種：物理吸附、化學吸附和離子交換吸附

19、。物理吸附是指吸附劑與吸附質(zhì)之間的分子間引力而產(chǎn)生的吸附（其中包括氫鍵產(chǎn)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溫度、濃度條件下呈動態(tài)平衡狀態(tài)。蒙脫土產(chǎn)生物理吸附的原因來自于其表面分子具有的表面能。一般地，物理吸附于蒙脫土的比表面有關(guān)，比表面積大則吸附性強；反之，吸附性弱。蒙脫土懸浮體分散體很高，比表面積可高達每克幾百萬平方米，因此吸附性能較強?；瘜W吸附是指由吸附劑和吸附質(zhì)之間的化學鍵力而產(chǎn)生的吸附。陰離子基團可以靠化學鍵吸附在蒙脫土的表面上，吸附方式有以下兩種：蒙脫土晶體邊緣帶正電荷，陰離子基團可以靠靜電引力吸附在其邊面上；介質(zhì)中有中性電解質(zhì)存在時，無機陽離子可以在蒙脫土與陰

20、離子基團之間起“橋聯(lián)”作用，吸附陰離子基團。離子交換吸附是由于蒙脫土的帶負電性，根據(jù)電中性原理，必然要有等量的正離子吸附在其表面上以達到電性平衡。吸附的離子可與溶液中的離子發(fā)生交換作用，這種作用即為離子交換吸附。陽離子交換性吸附有一下兩個特點：由蒙脫土表面交換出來的陽離子與被吸附的陽離子電量是相等的；吸附過程是可逆的。1.1.3 殼聚糖的性質(zhì)殼聚糖是甲殼素的脫乙?；a(chǎn)物，又稱可溶甲殼素、殼多糖、甲殼胺，是一種天然生物高分子聚合物，白色結(jié)晶性粉末。有很強的吸濕性，僅次于甘油、高于聚乙二醇、山梨醇。在吸濕過程中，分子中的羥基、胺基等極性基團與水分子作用而水合，分子鏈逐漸膨脹，隨著pH值的變化，分子

21、鏈從球狀膠束變成線狀。具有很好成膜性、透氣性和生物相容性，且可生物降解。殼聚糖是白色無定形、半透明、略有珍珠光澤的固體，因原料不同和制備方法不同，分子量也從數(shù)十萬到數(shù)百萬不等，不溶于水和堿溶液，可溶于稀的鹽酸、硝酸的無機酸和大多數(shù)的有機酸，不溶于稀的硫酸、磷酸。殼聚糖是一種天然高分子聚合物，屬于氨基多糖，學名為(1-4)-2-乙酰氨基-2-脫氧 -D-葡萄糖，分子式為(C8H13NO5)n。1.2 我國印染廢水情況紡織印染行業(yè)排放的印染廢水是我國工業(yè)系統(tǒng)中重點污染源之一，據(jù)國家環(huán)?？偩纸y(tǒng)計，印染行業(yè)排放的印染廢水總量位于全國各工業(yè)部門排放的總量第五位。2004年，全行業(yè)排水量13.6億立方，而

22、其污染物排放總量(以COD計)則位于各工業(yè)部門第六位。印染廢水屬于含有一定量難生物降解物質(zhì)的有機性廢水。其污染物濃度高(COD)，色度深，是難處理的工業(yè)廢水之一。據(jù)有關(guān)資料，印染廢水中退漿廢水造成的污染約占紡織品濕加工整理廢水總量的50%，退漿廢水中大量的污染物來源于漿紗過程中所用的漿料。退漿廢水中主要的的污染物PVA及一些助劑，根據(jù)實測資料，天然漿料的退漿廢水COD為10g/L-20g/L，BOD為5-10g/L，屬易生化的高濃度有機廢水，pH值一般在9左右，對于合成漿料(PVA)的退漿廢水COD介于10-40g/L之間，BOD在5000mg/L-1000mg/L之間，pH值一般在6左右屬于

23、難生化的高濃度有機廢水。因此，含PVA的廢水排入水體后，在環(huán)境中大量積累，使水體表面泡沫增多，粘度加大，影響好氧微生物的活動，從而造成了嚴重的環(huán)境問題。處理印染廢水常用的方法大致分為三種：1.2.1 利用微生物新陳代謝作用去除廢水中的有機物的生物方法1.2.1.1 好氧生物處理活性污泥法在處理印染廢水中應(yīng)用最為普遍，這是因為活性污泥法具有可分解大量有機物、能去除部分色素、可調(diào)節(jié)pH值、運轉(zhuǎn)效率高且費用低等優(yōu)點?；钚晕勰喾ǖ腂OD去除率一般可達到80-90，COD去除率一般可達到40-60，脫色能力為30-50。由于常規(guī)活性污泥法對色度的去除往往不夠理想且COD去除不高。因此，目前印染廢水處理中

24、，大多采用活性污泥處理的改進工藝。1.2.1.2 厭氧生物處理厭氧法具有應(yīng)用范圍廣、能耗低、有機負荷高、剩余污泥量少和脫水性良好的特點。由于厭氧法能夠把難降解的大分子有機物分解成小分子有機物現(xiàn)在采用不同措施改善此工藝，取得了一定成果李亞新等設(shè)計的厭氧生物濾池實驗取得了較好效果，可使COD去除率達到70-86，色度去除率為60-84，且出水水質(zhì)穩(wěn)定。但是，單一的厭氧處理運行周期比較長，而且往往很難達到排放標準，特別是在氣味和色度上，還需進一步處理。1.2.1.3好氧-厭氧生物處理在印染廢水處理中，好氧-厭氧工藝得到了深入的研究和應(yīng)用。即在好氧處理前先進行厭氧處理，在兼性微生物的作用下。使印染廢水

25、中大分子有機物分解成小分子。非溶解性有機物成溶解性物質(zhì)，難生物降解物質(zhì)轉(zhuǎn)化為生物降解物質(zhì)。1.2.2 基于膠體化學理論，采用混凝手段的化學方法1.2.2.1 混凝法印染廢水的混凝處理是以膠體化學的理論為依據(jù)。在混凝法中混凝劑起著主要作用，混凝劑是一種可用來有效分離引起水污染的細小懸浮顆粒的化學藥劑，它的加入目的主要是去除直徑在10.7m-10.9m范圍內(nèi)的膠體物質(zhì)，膠體表面一般帶有負電荷，相互排斥呈現(xiàn)出布朗運動的特征，形成穩(wěn)定的懸浮液。如果加入的膠體或者帶有正電荷的物質(zhì)，可以中和膠體表面電荷，物理吸附力(The Van derWaals force)可以超過上述排斥力，從而引發(fā)膠體物質(zhì)的凝聚。

26、混凝過程中使用的藥劑大體可分為無機混凝劑和有機高分子絮凝劑。1.2.2.2 高級氧化法近年來，國內(nèi)外專家開始研究高級氧化法處理印染廢水。高級氧化法是由Glaze等首次提出，泛指氧化過程中有大量羥基自由基參與的深度化學氧化過程。包括濕式空氣氧化法、超聲波氧化法、光催化氧化法、超臨界水氧化法、電化學氧化法等。根據(jù)雷樂成等研究，F(xiàn)enton氧化，尤其是在紫外和可見光輻射下的光助Fenton氧化技術(shù)處理難降解的PVA高分子退漿廢水氧化效率有極大提高。在低濃度亞鐵離子、理論雙氧水加入、中壓紫外和可見光汞燈的輻射、反應(yīng)時間0.5h，溶解性有機碳去除率達90以上。高級氧化法效果雖好，但處理費用較高，大多離實

27、踐應(yīng)用還有距離，不利于工業(yè)上的推廣應(yīng)用。1.2.2.3 電化學方法電化學法處理廢水，實質(zhì)上是直接或間接地利用電解作用，把水中的污染物去除或把有毒物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無毒或低毒物質(zhì)，其中內(nèi)電解法最廣泛的是鐵屑炭法。1.2.3 天然礦物質(zhì)多孔材料吸附和膜分離技術(shù)的物理方法1.2.3.1 .膜分離法自然界中經(jīng)常存在一種物質(zhì)體系即在一種流體相內(nèi)或兩種流體相之間有一層凝聚相物質(zhì)把流體相分隔成兩部分，這一薄層物質(zhì)就是所謂的膜。作為凝聚相的膜可以是固態(tài)或是液態(tài)的，而被膜分開的流體物質(zhì)可以是液態(tài)或是氣態(tài)的。膜分離法的特點主要有：膜分離法能耗低，因此又稱節(jié)能技術(shù)，在膜的分離過程中不發(fā)生相變；膜分離法的裝置比較簡單，操作容

28、易且易控制。作為一種新型的水處理方法，與常規(guī)水處理方法比，具有占地面積小，處理效率高等特點；膜分離技術(shù)不僅適用于有機物和無機物、病毒、細菌等微粒的分離。還適用于溶液中大分子與無機鹽的分離以及一些共沸物或近沸點物系的分離。1.2.3.2 吸附法在物理方法中吸附脫色用的最多，即利用多孔性的固體介質(zhì)，將染料分子吸附在其表面，從而達到脫色的效果。吸附劑包括再生吸附劑如活性炭、離子交換纖維和不可再生吸附劑如各種天然礦物 (膨潤土、硅藻土)、工業(yè)廢料(煤渣、粉煤灰)及天然廢料(木炭、鋸屑)等。這種方法是將活性炭、粘土等多孔物質(zhì)的粉末或顆粒與廢水混合，或讓廢水通過其顆粒狀物質(zhì)組成的濾床，使廢水中的污染物質(zhì)被

29、吸附在多孔物質(zhì)表面上或被過濾而除去。1.3 蒙脫土在紡織印染業(yè)的主要應(yīng)用近年來, 水污染已成為當今世界面臨的一個重要問題。蒙脫土特殊的層狀結(jié)構(gòu)使其在廢水處理方面的應(yīng)用研究已取得了可喜的進展，應(yīng)用范圍在不斷擴大。蒙脫土具有良好的離子交換能力和吸附性能,可用來去除污水中的某些污染物。但是，由于蒙脫土表面硅氧結(jié)構(gòu)極強的親水性及層間陽離子的水解，天然蒙脫土吸附處理有機物的性能極差；且由于蒙脫土表面帶負電荷，故天然蒙脫土不能去除水中的陰離子污染物。利用蒙脫土的離子交換性能，通過與陽離子表面活性劑進行離子交換，可以改變蒙脫土的表面特性，大大拓寬蒙脫土在污水處理中的應(yīng)用范圍。印染、染料工業(yè)廢水在我國分布廣、

30、種類多，大多數(shù)廢水中有機物濃度高、色度大，常帶有苯環(huán)或萘環(huán)，具有高抗氧性、抗光性和高化學穩(wěn)定性，是難處理的廢水之一。蒙脫土直接用于處理印染、染料廢水幾乎沒有效果，使用前進行轉(zhuǎn)型和負載后在這類廢水處理方面才有很好的應(yīng)用。冀靜平、祝萬鵬、孫欣13將鈣基蒙脫土轉(zhuǎn)型為鈉基蒙脫土并進行負載，應(yīng)用于染料廢水處理，處理效果大幅度提高，經(jīng)吸附飽和處理后的蒙脫土可用于工業(yè)燒磚等，在燃燒過程中蒙脫土所吸附的有機物可得到分解，減少了二次污染。艾菲14將蒙脫土與CaCl2 無機鹽制成混合物,按5g/ L 的量加入印染廢水，可除去90%的染料和80%-90%的表面活性劑。1.4 國內(nèi)蒙脫土的市場現(xiàn)狀及前景展望我國蒙脫土

31、資源分布面廣且十分豐富。據(jù)資料統(tǒng)計，全國有26個?。ㄗ灾螀^(qū)）賦存有蒙脫土礦床（點），且大型礦床多、屬性齊全，已探明的蒙脫土總儲存量居世界之首，所以用蒙脫土作材料取材便利且價格便宜，外加其本身的諸多特點和可塑性，它在工業(yè)及實驗室中的廣泛應(yīng)用，且發(fā)展前途廣闊，因此研究蒙脫土的負載，以及研究負載后的蒙脫土對化學反應(yīng)的影響和在化工行業(yè)的應(yīng)用將是近段時間的發(fā)展領(lǐng)域。第2章 實驗部分2.1 主要實驗試劑蒙脫土 分析純 浙江順孚粘土化工有限公司殼聚糖 脫乙酰度90% 青島金湖甲殼制品有限公司冰醋酸 分析純 南京化學試劑一廠蒸餾水 一次 實驗室自制氫氧化鈉 分析純 國藥集團化學試劑有限公司鹽酸 分析純 南京化

32、學試劑一廠活性翠藍 上海永慶染料有限公司2.2 主要實驗儀器FC-104型電子天平 上海精密科學儀器有限公司天平儀器廠電熱恒溫鼓風干燥箱 上海賀德實驗設(shè)備有限公司DZF-250型數(shù)顯恒溫真空干燥箱 鄭州市上街華科儀器廠791型磁力加熱攪拌器 上海南匯電訊器材廠B型玻璃儀器氣流烘干器 鄭州市上街華科儀器廠722N可見分光光度計 上海精密科學儀器有限公司SHA-C恒溫振蕩器 國華企業(yè)KQ400KDB型超聲波清洗器 昆山市超聲儀器有限公司80-2離心機 金壇市榮華儀器制造有限公司2.3 實驗原理2.3.1 722N可見分光光度計的測量原理吸光光度法的定量依據(jù)是朗伯-比耳定律。這個定律是由實驗觀察得到

33、的。當一束平行單色光通過液層厚度為b的有色溶液時，溶液吸收了光能，光的強度就要減弱。溶液的濃度愈大，通過的液層厚度愈大，入射光愈強，測光被吸收得愈多，光強度的減弱也愈顯著。由于試驗樣品為模擬廢水，所以該實驗是直接測量模擬廢水的吸光度，不用加顯色劑。它利用蒙脫土吸附印染廢水，使其色度變淡，所以其吸光度變小，仍然服從朗伯-比耳定律。朗伯-比耳定律：A=bc：吸光系數(shù)；b：比色皿寬度；c：溶液濃度2.3.2 蒙脫土吸附活性翠藍溶液的原理2.3.2.1 蒙脫土吸附活性翠藍溶液的脫色率的計算R=(1- A/A0)100%式中，R-脫色率，A-脫色前的吸光度，A0-脫色后的吸光度2.3.2.2 蒙脫土吸附

34、活性翠藍溶液的吸附量計算依據(jù)工作曲線的方程，可以求出吸附后染料溶液的濃度，可得吸附量的關(guān)系式如下：CS=V（C0-Ce）/m式中，CS-吸附量，mg/g；V-染料溶液體積，L；C0-吸附前染料溶液濃度，mg/l；Ce 吸附后染料溶液濃度，mg/l；m-殼聚糖的加入量，g2.4 實驗內(nèi)容2.4.1 殼聚糖負載蒙脫土的制備將0.855g殼聚糖加入到250mL 1% (v/v)醋酸溶液中,攪拌4h,用1mol/L NaOH調(diào)節(jié)溶液pH 4.915 。將5.0g蒙脫土分散到250mL蒸餾水中, 得到2%的蒙脫土懸浮液。將上述殼聚糖溶液緩慢加入至蒙脫土懸浮液中, 50下攪拌10d,最后用蒸餾水洗滌、過濾

35、, 真空干燥備用。2.4.2 活性翠藍原始溶液的配制用分析天平稱取活性翠藍100.2mg，加入到500ml的容量瓶中，加入蒸餾水至刻度線配制成濃度為200.4mg/l的活性翠藍溶液。2.4.3 試驗方法2.4.3.1 最大吸收波長的選取用移液管移取50ml濃度為100mg/l的活性翠藍溶液，加入50ml的容量瓶。取少量在1cm的比色皿中，大約占2/3左右，用蒸餾水作參比。在不同波長下測其吸光度，最終得到最大的吸收波長。2.4.3.2 工作曲線的繪制分別用移液管移取5ml、10ml、15ml、20ml、25ml原始染料溶液，放入50ml的容量瓶內(nèi)，用蒸餾水分別稀釋至刻度線。得到濃度為20mg/l

36、、40mg/l、60mg/l、80mg/l、100mg/l的活性翠藍溶液，分別在最大吸收波長時，測定各個濃度的吸光度。繪制工作曲線。2.4.3.3 負載前后的蒙脫土吸附活性翠藍溶液1負載前后的蒙脫土量對吸附性能的影響用移液管移取10ml的染料原始溶液6份，分別在50ml容量瓶中用蒸餾水定容至刻度線，得到濃度為40mg/l的活性翠藍溶液，將稀釋后的活性翠藍溶液分別倒入6個150mL的錐形瓶中。用分析天平分別稱取0.0201g、0.0409g、0.0605g、0.0812g、0.1012g、0.1205g負載前的蒙脫土，分別放入6個錐形瓶中，室溫下在恒溫振蕩器中振蕩，一定的時間過后取出溶液，取上清

37、液測定其吸光度，直至吸光度不再變化為止，記錄最后的數(shù)據(jù)。同等條件下，向活性翠藍溶液中放入負載后的蒙脫土，并記錄最后數(shù)據(jù)。2. 介質(zhì)pH值對吸附性能的影響用移液管移取10ml的染料原始溶液5份，分別在50ml容量瓶中用蒸餾水定容至刻度線，得到濃度為40mg/l的活性翠藍溶液，將稀釋后的活性翠藍溶液分別倒入150mL的錐形瓶中，稱取5份0.1g負載前的蒙脫土，分別放入5個錐形瓶中，用NaOH溶液或HCl溶液將pH分別調(diào)節(jié)為1.24、4.34、7.15、9.24、12.37。室溫下放置在恒溫振蕩器中振蕩，一定的時間過后取出溶液，取上清液測定其吸光度，直至吸光度不再變化為止，記錄最后的數(shù)據(jù)。同等條件下

38、，向活性翠藍溶液中加入負載后的蒙脫土，并記錄最后數(shù)據(jù)。3. 染料濃度對吸附性能的影響分別用移液管移取5ml、10ml、15ml、20ml、25ml的染料初始溶液，分別放入50ml的容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度線，得到濃度為20mg/l、40mg/l、60mg/l、80mg/l、100mg/l的活性翠藍溶液。將稀釋后的溶液倒入5個150ml錐形瓶中，分別取5份0.1g負載前的蒙脫土放入上述5個錐形瓶中，最后將錐形瓶放在溫度為室溫的恒溫振蕩器中振蕩，一定時間后取出溶液、離心、測定其吸光度，記錄數(shù)據(jù)，直至吸光度不再變化為止，記錄數(shù)據(jù)。同等條件下，向活性翠藍溶液中加入負載后的蒙脫土，并記錄數(shù)據(jù)。4.

39、吸附時間及溫度對吸附性能的影響 15時，不同吸附時間對吸附性能的影響：用移液管移取10ml的染料初始溶液，放入50ml的容量瓶中，用蒸餾水稀釋至刻度線，得到40mg/l的活性翠藍溶液，將稀釋后的溶液倒入150ml錐形瓶中，稱取0.1g負載前的蒙脫土放入上述錐形瓶中，最后將錐形瓶放在溫度為15恒溫振蕩器中振蕩，15分鐘后取出溶液、離心、測定吸光度，記錄數(shù)據(jù)，此后每隔10分鐘測定一次，直至吸光度不再變化為止。同等條件下，向活性翠藍溶液中加入負載后的蒙脫土，并記錄數(shù)據(jù)。 25時，不同吸附時間對吸附性能的影響同15時，將恒溫振蕩器溫度調(diào)為25即可。 35時，不同吸附時間對吸附性能的影響同15時，將恒溫

40、振蕩器溫度調(diào)為35即可。 45時，不同吸附時間對吸附性能的影響同15時，將恒溫振蕩器溫度調(diào)為45即可。 55時，不同吸附時間對吸附性能的影響同15時，將恒溫振蕩器溫度調(diào)為55即可。5. 吸附規(guī)律的探討取5份初始濃度分別為20、40、60、80、100mg/L的活性翠藍溶液50ml，分別投入0.10g的蒙脫土，在25的溫度下進行吸附，一定時間后取出溶液、離心、測定吸光度，記錄數(shù)據(jù)，直至吸光度不再變化為止。第3章 結(jié)果與討論3.1 分光光度法測定活性翠藍溶液3.1.1 最大波長的選取表3-1 活性翠藍在不同波長下的吸光度序號波長 nm吸光度A15200.03625300.04335400.0534

41、5500.06755600.09465700.12575800.16585900.20496000.238106100.252116200.241126300.221136400.191146500.169 圖3-1 活性翠藍在不同波長下的吸光度由圖 3-1可知：活性翠藍溶液在波長為610nm時的吸光度為最大，故取610nm為最大波長。以下的吸光度均在此波長下測得。3.1.2 標準曲線的繪制表3-2 活性翠藍在不同濃度下的吸光度序號濃度 mg/l吸光度A1200.2522400.4783600.7014800.92551001.146 圖3-2 活性翠藍在不同濃度下的吸光度由上圖可知活性翠藍溶

42、液的工作曲線方程為：Y=A+B*X其中：A=0.0299 B=0.01117 R=0.99999Y-吸光度；X-活性翠藍溶液濃度；R-線性相關(guān)系數(shù)活性翠藍溶液的工作曲線本應(yīng)是經(jīng)過零點的直線，但由于比色皿之間存在著誤差，所有出現(xiàn)了修正相。為了避免更多的誤差，實驗時盡量使用同一種比色皿。3.2 蒙脫土吸附性能的研究3.2.1 蒙脫土量對吸附性能的影響3.2.1.1 負載前 表3-3 負載前蒙脫土量對吸附性能的影響序號蒙脫土質(zhì)量/g吸光度A吸附量 mg/g10.02010.4711.20.04090.4641.30.06050.4482.40.08120.4272.50.10120.4182.60.

43、12050.4092.3.2.1.2 負載后表3-4 負載后蒙脫土量對吸附性能的影響序號蒙脫土質(zhì)量/g吸光度A吸附量 mg/g10.02060.4496.0190720.03910.38710.269130.05930.31911.9040340.08070.28710.522350.09960.24410.4581360.12030.20710.03534 圖3-3 蒙脫土質(zhì)量與吸附量的關(guān)系由圖3-3可知，隨著蒙脫土的增加,吸附量先增大后減小，且負載后的蒙脫土的吸附量是負載前的5-6倍。當負載后的蒙脫土質(zhì)量為0.02g-0.07g時，吸附量與質(zhì)量呈線性遞增關(guān)系；當初始質(zhì)量濃度大于0.07g時

44、，吸附量與質(zhì)量呈線性遞減關(guān)系；當質(zhì)量為0.07g時，吸附量達到飽和，為11.66791 mg/g。3.2.2 染料濃度對吸附性能的影響3.2.2.1 負載前表3-5 負載前染料濃度對吸附性能的影響濃度 mg/l吸光度A吸附量 mg/g200.2420.92847400.4721.600.6981.800.9072.1001.1293.3.2.2.2 負載后表3-6 負載后染料濃度對吸附性能的影響濃度 mg/l吸光度A吸附量 mg/g200.1216.400.24810.62636600.47211.25313800.67412.350851000.85114.80661圖3-4 染料濃度與吸附

45、量的關(guān)系由圖3-4可知，隨著染料濃度的增加，吸附量不斷增大，且負載后的吸附量大約是負載前的78倍。3.2.3 pH對吸附性能的影響3.2.3.1 負載前表3-7 負載前pH對吸附性能的影響pH吸光度A吸附量 mg/g1.240.4321.4.340.4411.7.150.4521.9.240.4570.12.370.4590.3.2.3.2 負載后表3-8 負載后pH對吸附性能的影響PH吸光度A吸附量 mg/g1.240.07317.891814.340.03819.775857.150.18712.941899.240.2748.12.370.2828.圖3-5 PH值與吸附量的關(guān)系由圖3-

46、5可知,對于活性翠藍溶液：負載前，隨著pH值的增大，吸附量減小。負載后：當pH 4. 0時，隨著pH值的增大,吸附量增大；當4. 0 pH 9. 0時，隨著pH值的增大，吸附量減小趨勢減小。pH約為4.0時,吸附量最大。因此,其最佳pH值約為4.0。3.2.4 時間及溫度對吸附性能的影響3.2.4.1 負載前表3-9 負載前溫度及時間對吸附性能的影響時間/min15吸附量25吸附量35吸附量45吸附量55吸附量150.0.0.0.0.29991250.613250.0.0.0.350.0.0.0.0.450.0.0.0.0.550.1.0.0.0.651.1.0.0.0.751.105641.

47、0.0.0.851.105641.1.0.0.951.105641.1.0.0.1051.105641.1.0.0.圖3-6 負載前時間及溫度與吸附量之間的關(guān)系3.2.4.2 負載后表3-10 負載后溫度及時間對吸附性能的影響時間/min15吸附量25吸附量35吸附量45吸附量55吸附量157.7.6.6.6.258.088638.329067.7.103856.358.8.8.7.7.459.9.8.8.8.559.10.294879.8.8.6510.3267710.6367510.013439.9.7510.5953410.8076910.282019.9.8510.774411.021

48、3710.416299.9.9510.9086811.2350410.550589.9.10510.9534511.2777810.550589.9. 圖3-7 負載后溫度及時間與吸附量之間的關(guān)系由圖3-7、圖3-8可看出,負載后的蒙脫土的吸附量是負載前的10倍左右，且吸附時間在55min之前，吸附量增長迅速;隨著吸附時間的延長，吸附量增長趨勢減弱;吸附時間為105min時，吸附量達到最大,為11.28 mg/g;之后，隨著吸附時間的延長,吸附量不再改變。因此，吸附劑對活性翠藍的最佳吸附時間為105min。當溫度在1525 時,隨著溫度的升高，活性翠藍溶液的吸附量增加顯著;當溫度達到25 時，

49、吸附量最大為11.28 mg/g，當溫度高于25 時，隨著溫度的升高,吸附量增長趨勢減弱。因此,吸附劑對活性翠藍的最佳吸附溫度為25 。3.2.5 吸附規(guī)律探討取5份初始濃度分別為20、40、60、80、100mg/L的活性翠藍溶液50ml，分別投入0.10g的蒙脫土，在25的溫度下進行吸附，計算出殼聚糖負載蒙脫土量對活性翠藍的吸附等溫線所需要的相關(guān)數(shù)據(jù)（如表3-11）。表3-11殼聚糖負載蒙脫土吸附不同濃度活性翠藍的相關(guān)數(shù)值序號初始濃度Co mg/L平衡濃度C mg/L吸附量Cs mg/g1/Cs g/mg1/C L/mglgCsmg/glgCmg/L1207.6.0.0.128430.83

50、2610.8913324018.6410310.626360.0.0.957431.2704736037.7863211.253130.0.1.051271.5773348055.0512812.350850.0.1.09171.74077510067.8609613.879060.0.1.142361.83162 圖3-8 擬合結(jié)果圖1Y=0.06406+0.76198X R=0.98245 圖3-9 擬合結(jié)果圖2Y=0.54972+0.31823X R=0.9979表3-12 Langmuir方程和Freundlich方程的擬合參數(shù) Langmuir方程Freundlich方程1/Cs1/

51、abC1/algCslgKnlgCabRnKR15.610.08419 0.982450.3182343.54580.93301由吸附平衡數(shù)據(jù)繪制出活性翠藍的吸附等溫線。用Langmuir方程和Freundlich方程分別對吸附等溫線進行擬合,擬合參數(shù)見表3-11,擬合結(jié)果見圖3-8和圖3-9。將實驗數(shù)據(jù)分別代入Langmuir和Freundlich吸附等溫方程進行回歸分析，得到殼聚糖負載蒙脫土對活性翠藍的吸附等溫方程，見公式： 1/Cs=0.06406+0.76198 1/C (1) lgCs=0.54972+0.3l823 lgC (2)通過對吸附數(shù)據(jù)的擬合及圖3-8和圖3-9所示，發(fā)現(xiàn)在

52、溫度為298 K和2080 mg/L的濃度范圍內(nèi),吸附等溫線符合Langmuir和Freundlichr吸附等溫式。Langmuir方程和Freundlich方程擬合的相關(guān)系數(shù)分別為0.98245、0.9979，表明該吸附過程可由Langmuir和Freundlich吸附等溫方程進行描述。結(jié)論與展望本文研究了殼聚糖負載蒙脫土對模擬印染廢水活性翠藍溶液的吸附性能。探討了殼聚糖負載蒙脫土用量、染料的pH值、吸附溫度、吸附時間、染料濃度的不同對吸附性能的影響，最終得到了殼聚糖負載蒙脫土對模擬染料廢水活性翠藍溶液的最佳吸附條件。結(jié)果表明：對于一定濃度的活性翠藍溶液，隨著殼聚糖負載蒙脫土用量的增加，殼聚糖負載蒙脫土對活性翠藍溶液吸附性能逐漸減弱，在負載蒙脫土用量為0.06g左右效果較好；介質(zhì)的pH值在2-5的條件下，殼聚糖負載蒙脫土對活性翠藍溶液吸附性能較好；隨著吸附時間的增長，吸附量不斷增大最后達到平衡值，一般情況下都在105min左右達到平衡，溫度對吸附性能影響較小，在25時吸附性能相對較好；殼聚糖負載蒙脫