糖类分子调控硫酸钙合成及其砷吸附性能研究

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1、学校代码10530学号201510151596分类号308密级公开硕士学位论文糖类分子调控硫酸钙合成及其砷吸附性能研究学位申请人林奕文指导教师杨柳春副教授学院名称环境与资源学院学科专业环境科学与工程研究方向环境功能材料二零一八年四月RegulationofCalciumSulfateCrystalSynthesisbyCarbohydratesandExplorationofitsArsenicRemovalPerformanceCandidateLinYiwenSupervisorYangLiuchunCollege

2、InstituteofenvironmentandresourcesProgramEnvironmentalScienceandEngineeringSpecializationEnvironmentalMaterialDegreeMasterofEngineeringUniversityXiangtanUniversityDateApril,2018摘要硫酸钙在自然界中主要以二水或无水石膏矿形式存在，许多工业过程也副产大量硫酸钙。尽管这一无机矿物材料在建筑、橡胶、涂料、生物医药等行业中有广泛的应用，但随着资源与环境矛

3、盾的加剧，对如何提高其资源利用率，特别是高值化利用水平正日益受到关注。初步研究表明，硫酸钙用作环境净化材料也具有一定的潜力，但还存在与污染物亲和性不高、性质不稳定等问题，制约了其在环保领域的应用。因此，有必要从矿物晶体形貌结构优化调控方向入手研究硫酸钙吸附性能的改善和功能化改性应用，这对实现我国石膏资源的充分利用有重要现实意义。本论文探索糖类分子耦合Fe3+离子水热法调控硫酸钙形貌结构，探讨了糖类分子浓度、Fe3+浓度、反应温度、反应时间等因素对改性产物形貌的影响，并分析了糖类分子影响硫酸钙晶体生长的机理。结果表明：水

4、热体系中糖类分子浓度和Fe3+离子会对产物形貌结构产生明显的影响。在180℃、反应时间为12h条件下，壳聚糖与Fe3+离子协同作用可获得形貌结构较为新颖的刺球状硫酸钙；葡萄糖与Fe3+离子协同作用可获得形貌规整的3D束状硫酸钙；蔗糖与Fe3+离子协同作用可获得树枝状硫酸钙。结合XRD、红外等表征分析揭示，Fe3+的水解促进了糖类分子的水解和聚集，使糖类分子结构发生变化，从而影响硫酸钙的成核以及生长，使产物的形貌发生变化。通过间歇吸附实验考察了壳聚糖改性无水硫酸钙产物对砷的去除效果，并探讨了溶液pH值、反应时间、改性硫酸

5、钙用量、初始砷浓度等因素对除砷效率的影响，同时研究了吸附动力学、等温吸附曲线规律，初步讨论了改性硫酸钙除砷机理。结果表明：溶液pH值是影响硫酸钙除砷效果的重要因素，改性硫酸钙对砷的去除率随着溶液pH值的增加而增加。在pH值为11的条件下反应12h，1mg/L含砷水样去除效率可达到96.42%。壳聚糖改性硫酸钙对砷的吸附量数据与Langmuir等温吸附模型具有良好的一致性，砷在改性无水硫酸钙上的吸附可能是均匀的单层吸附，其吸附动力学数据符合准二级动力学模型，吸附过程以化学吸附为主。论文研究对于制备新颖结构硫酸钙无机功能材

6、料的方法探索并挖掘其在环保领域的应用潜力具有一定的参考价值。关键词：硫酸钙；水热法；糖类分子；砷AbstractCalciumsulfateexistsmainlyintheformoforanhydrousgypsuminnature,andmanyindustrialprocessesalsoproducelargeamountsofcalciumsulfate.Althoughthisinorganicmineralhasbeenwidelyusedinconstruction,rubber,coating,bi

7、omedicineandotherindustries,withtheintensificationofthecontradictionbetweenresourcesandenvironment,concernsaregrowingabouthowtoimprovetheresourcesutilization,especiallythelevelofhighvalueutilization.Thepreliminarystudyshowsthatcalciumsulfateisalsoaenvironmentalp

8、urificationmaterial,buttherearestillsomeproblems,suchaslowaffinitytopollutantsandunstableproperties,whichrestrictitsapplicationinthefieldofenvironmentalprotection.The