壳聚糖_β-环糊精_纳米氧化锌复合多孔膜的制备及其对铜离子和刚果红的吸附研究

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1、硕士学位论文壳聚糖/β-环糊精/纳米氧化锌复合多孔膜的制备及其对铜离子和刚果红的吸附研究作者姓名闫学超学科专业环境工程指导教师张小平教授所在学院环境与能源学院论文提交日期2018年6月Preparationofchitosan/betacyclodextrin/NanoZincOxidecompositeporousmembraneanditsadsorptionofCopperIonandCongoRedADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：YanXuechaoSupervisor：Prof.ZhangXiaopingSou

2、thChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：X703学校代号：10561学号：201520132879华南理工大学硕士学位论文壳聚糖/β-环糊精/纳米氧化锌复合多孔膜的制备及其对铜离子和刚果红的吸附研究作者姓名：闫学超指导教师姓名、职称：张小平教授申请学位级别：学术型工学硕士学科专业名称：环境工程研究方向：水污染控制理论与技术论文提交日期：2018年6月1日论文答辩日期：2018年6月7日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：朱能武委员：邹定辉吴锦华郭楚玲王艳摘要本文以有机高分子材料壳聚糖（CS），功能单体β-

3、环糊精（β-CD）和无机纳米材料纳米氧化锌（Nano-ZnO）为原料，聚乙二醇（PEG）为致孔剂，乙烯基三乙氧基硅烷（JH-V151）为交联剂，通过溶胶凝胶法和高分子辅助倒相法，制备出了壳聚糖/β-环糊精/纳米氧化锌（CS/β-CD/Nano-ZnO）复合多孔膜，并对其最佳制备条件，表观形貌，吸附性能与机理等进行了分析研究。采用单因素试验结合Box-Behnken设计响应曲面法，选取JH-V151（A）,β-CD（B）和Nano-ZnO（C）为试验对象，以吸附容量Q为响应值，进行3因素3水平响应曲面优化试验，确定了CS/β-CD/Nano-ZnO复合多孔膜的最佳制备条件：JH-V151无水乙

4、醇溶液体积分数为11%，CS:β-CD为1:5.35，Nano-ZnO溶胶的加入量占总溶液体积比为0.36%。采用FESEM、FTIR、XRD、UV-Vis、万能材料试验机等手段对复合多孔膜进行表征，研究膜样品的表观形貌、官能团、结晶度、溶胀度、透光率、拉伸性能等。2+将CS/β-CD/Nano-ZnO复合多孔膜用于含铜废水（Cu）的吸附，并考察了反应时2+间、Cu初始浓度、反应温度、溶液初始pH值、吸附剂投加量等实验因素对吸附量的-1影响，实验结果表明：反应时间为3h、初始浓度为25mg.L、实验温度55℃、溶液初-12+始pH=6、吸附剂投加量为0.05g(0.5g.L)时，CS/β-C

5、D/Nano-ZnO复合多孔膜对Cu-1吸附量为49.20mg.g，去除率达到98.40%。吸附动力学数据可以较好地用拟二级动力2-1学模型进行描述，即化学吸附占主导作用（可决系数R=0.9987，25mg.L）；其等温2吸附数据可应用Langmuir吸附等温模型进行拟合（可决系数R=0.9924，25℃），即吸2+附过程为单层吸附。此外，通过计算分析得到CS/β-CD/Nano-ZnO对Cu理论饱和吸附-1量为140.06mg.g。通过热动力学分析：在温度为25、35、45℃(298,308,318K)下，-1-1-1-1∆G分别为-7.59,-8.30,-10.02kJ.mol；20kJ

6、.mol<∆H=28.62kJ.mol<80kJ.mol，说明2+复合多孔膜对Cu的吸附过程是自发的吸热反应，吸附过程既有物理吸附又有化学吸附，-1-1但更偏向于物理吸附。∆S=0.12kJ.mol.K>0，说明CS/β-CD/Nano-ZnO复合多孔膜在2+-1吸附Cu后增加了固-液界面上物质的混乱度。用100mL0.05mol.L的EDTA二钠溶液循环脱附-吸附，吸附量依然可以达到原来的87%以上。将CS/β-CD/Nano-ZnO复合多孔膜用于刚果红（CR）染料废水的吸附，并考察了反应时间、CR初始浓度、反应温度、溶液初始pH值、吸附剂投加量等因素对吸附量的-1影响，实验结果表明：反应

7、时间为4h、初始浓度为50mg.L、实验温度55℃、溶液初I-1始pH=7、吸附剂投加量为0.05g(0.5g.L)时，CS/β-CD/Nano-ZnO复合多孔膜对CR-1吸附量为96.33mg.g，去除率达到96.33%。吸附动力学可以较好地用拟二级动力学模2-1型进行描述（可决系数R=0.9963,50mg.L，化学吸附），等温数据可应用Langmuir2吸附等温模型进行拟合（可决系数R=0.9965，单