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不溶性芭蕉芋淀粉黄原酸酯的制备及污水处理效果研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 铜镉废水处理研究现状

1.1.1 铜镉废水来源及危害

1.1.2 铜镉废水处理技术进展

1.2 印染废水处理研究现状

1.2.1 印染废水来源及危害

1.2.2 印染废水处理方法

1.3 改性淀粉絮凝剂在污水处理应用中的研究现状

1.3.1 阳离子类改性淀粉

1.3.2 阴离子类改性淀粉

1.3.3 两性类改性淀粉

1.3.4 非离子类改性淀粉

1.3.5 淀粉黄原酸酯

1.4 芭蕉芋淀粉

1.4.1 芭蕉芋简介

1.4.2 芭蕉芋淀粉独特的优势

1.4.3 芭蕉芋淀粉的应用

1.6 课题研究内容、技术路线及意义

1.6.1 研究内容

1.6.2 技术路线

1.6.3 研究意义

第二章 不溶性芭蕉芋淀粉黄原酸酯的合成及结构表征

2.1 材料与方法

2.1.1 试剂与设备

2.1.2 不溶性芭蕉芋淀粉的制备及其制备条件的优化

2.1.3 IKX的制备及其优化

2.1.4 芭蕉芋交联淀粉交联度的测定

2.1.5 Cu2+浓度及去除率测定

2.1.6 IKX结构的表征方法

2.2 结果与分析

2.2.1 交联结果与分析

2.2.2 黄原酸化阶段结果与分析

2.2.3 产品表征结果

2.3 本章小结

第三章 IKX对重金属离子的絮凝效果及性能研究

3.1 材料与方法

3.1.1 试剂与设备

3.1.2 IKX去除铜镉的实验方法

3.1.3 吸附动力学研究方法

3.1.4 吸附热力学研究方法

3.2 结果与分析

3.2.1 标准曲线绘制

3.2.2 单因素对重金属离子Cu2+和Cd2+去除率的影响

3.2.3 吸附动力学研究

3.2.4 吸附热力学研究

3.3 本章小结

第四章 IKX对模拟阳离子印染废水的去除效果及性能研究

4.1 材料与方法

4.1.1 试剂与仪器

4.1.2 实验方法

4.2 结果与分析

4.2.1 标准曲线绘制

4.2.2 单因素对阳离子印染废水絮凝脱色的影响

4.2.3 吸附动力学研究

3.2.4 吸附热力学研究

4.3 本章小结

5.1 结论

5.2 展望

5.3 创新点

参考文献

图表目录

致谢

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摘要

目前,重金属水体污染以及印染废水的随意排放,给生态环境带来严重的负担,同时严重影响人类的身体健康。天然高分子絮凝剂因绿色环保,无二次污染,成为吸附重金属离子以及印染废水的研究热点。其中改性淀粉絮凝剂因淀粉来源广泛、成本低廉且可生物降解等优势受到研究者的青睐。目前,淀粉主要来源于玉米、马铃薯和木薯等。本研究旨在用高产、高淀粉含量、非粮食作物的芭蕉芋来代替常用粮食作物玉米、马铃薯等。黄原酸酯相比于其他处理重金属废水的改性淀粉絮凝剂,有操作简单、絮凝沉淀无残余硫化物等优势,且能表现出良好的絮凝效果。
  本文按两步法先以芭蕉芋淀粉为原料进行交联反应,以沉降积为指标,通过响应面法优化合成具有高交联度的交联淀粉,最佳制备条件为:芭蕉芋淀粉10g,ECH用量0.90mL,10%NaOH用量4.40mL,温度39℃,时间4h,此时沉降积最小,为1.43mL,对应芭蕉芋交联淀粉交联度最大。然后利用交联淀粉进行黄原酸化反应,以Cu2+去除率为指标,通过响应面优化合成不溶性芭蕉芋淀粉黄原酸酯(Insoluble Canna edulis Ker Starch Xanthate,IKX),最佳制备条件为:芭蕉芋交联淀粉5g,CS2用量1.1mL,20%NaOH用量13.4mL,温度35.4℃,时间2.1h,此时Cu2+去除率最大,为99.5%。利用红外光谱及扫描电镜对IKX进行表征,红外光谱特征峰显示醚键形成,说明交联成功,扫描电镜图显示IKX表面出现褶皱及空隙,易于重金属离子及阳离子染料的附着。
  用IKX对模拟重金属离子(Cu2+、Cd2+)溶液进行絮凝处理,获得最佳絮凝条件,Cu2+最大去除率为99.8%,Cd2+的最大去除率为99.8%。分别进行静态吸附研究,IKX对Cu2+、Cd2+的吸附满足准二级动力学、吸附等温线拟合Langmuir模型单分子层吸附,得出IKX对Cu2+、Cd2+的吸附过程主要受化学吸附的影响且均为有利吸附。
  首次利用IKX对模拟阳离子印染废水阳离子红X-GRL(阳离子红X-GRL为偶氮染料)及阳离子紫3R进行絮凝试验,二者均获得较好的脱色效果,阳离子红X-GRL最大脱色率为93.5%,阳离子紫3R最大脱色率为88.7%,且对阳离子红X-GRL的脱色效果优于对阳离子紫3R。然后进行静态吸附研究,表明IKX对阳离子红X-GRL、阳离子紫3R的吸附满足准二级动力学,对阳离子红X-GRL的吸附等温线符合Langmuir模型单分子层吸附,对阳离子紫3R的吸附等温线符合Freundlich模型多分子层吸附,得出IKX对阳离子红X-GRL、阳离子紫3R的吸附过程主要受化学吸附的控制且均为有利吸附。

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