畢業(yè)論文開(kāi)題報(bào)告——代于琴

1、CQWU/JL/JWB/ZY012-14畢業(yè)論文(設(shè)計(jì))開(kāi)題報(bào)告論文（設(shè)計(jì)）題目： 殼聚糖包裹活性炭顆粒的制備 及對(duì)水中鎘的吸附 系別： 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院 年級(jí)： 2006級(jí) 專業(yè)(班）： 環(huán)境治理工程（1）班 學(xué)號(hào)： 200604154006 學(xué)生姓名： 代于琴 指導(dǎo)教師： 宋 力 2010年 02 月 15 日重慶文理學(xué)院本科畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）開(kāi)題報(bào)告題目殼聚糖包裹活性炭顆粒的制備及對(duì)水中鎘的吸附系（院）專 業(yè)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院環(huán)境科學(xué)專業(yè)年 級(jí)2006級(jí)開(kāi)題日期201003學(xué) 號(hào)200604154006姓 名代于琴指導(dǎo)教師宋力1、選題目的和意義：鎘可經(jīng)消化道或呼吸道進(jìn)入人體,對(duì)骨骼、腎、

2、肝臟、生殖系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等均可造成損傷。鎘排出慢,經(jīng)口攝入約有0%80%從糞便排出,經(jīng)尿排出約占20%,又可經(jīng)乳汁排出或經(jīng)胎盤進(jìn)入胎兒組織。鎘在人體內(nèi)的生物半衰期長(zhǎng)達(dá)10-30年,主要引起慢性毒作用1。鎘被人體吸收后，容易造成骨質(zhì)疏松、變形等一系列癥狀。“痛痛病”，就是慢性鎘中毒最典型的例子。該病以疼痛為特點(diǎn)，始于腰背痛，繼而肩、膝、髖關(guān)節(jié)痛，逐漸擴(kuò)至全身。而水，人們接觸最多，飲用最多，因此，對(duì)飲用水中鎘的嚴(yán)格控制顯得尤為重要，對(duì)飲用水中鎘的測(cè)定已引起科學(xué)界的普遍重視。殼聚糖對(duì)過(guò)渡金屬離子有很強(qiáng)的親合力和良好的選擇性，以其良好的環(huán)境相容性、可再生性、資源豐富以及價(jià)廉易得等優(yōu)點(diǎn)而受到人們的關(guān)注。

3、無(wú)孔狀結(jié)構(gòu)的片狀或粉末狀殼聚糖的比表面積較小，金屬離子無(wú)法接近其內(nèi)部的吸附點(diǎn)，導(dǎo)致吸附效率較低和吸附量較小。 活性炭是具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積和優(yōu)良的吸附性能的含碳物質(zhì)。它具有吸附、催化、物質(zhì)在其孔隙內(nèi)的積聚、保持碳及其基團(tuán)同其他物質(zhì)的反應(yīng)能力等，并保持物理、化學(xué)上的穩(wěn)定性。此外，活性炭不溶于水和其他絕大部分溶劑?；钚蕴吭趲缀跛械念I(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用?；钚蕴渴撬幚碇凶畛Ｊ褂玫奈絼哂泻軓?qiáng)的物理吸附和化學(xué)吸附功能，它能有效地凈化飲用水中各種的污染物2 一般的方法是直接利用殼聚糖或者活性炭處理，如果將殼聚糖對(duì)金屬離子的選擇性和活性炭的多孔性結(jié)合制成多孔殼聚糖-活性炭小球用于吸附

4、金屬離子，就能極大地增加殼聚糖的表面積，增大了對(duì)金屬離子的吸附性。本研究通過(guò)將交聯(lián)殼聚糖和粉末狀活性炭(pulverous activated carbon, PAC)制成復(fù)配吸附劑，可以克服殼聚糖在酸性溶液中的可溶性和非孔性，殼聚糖的化學(xué)吸附和活性炭的多孔吸附，兩者之間優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)3.并且可以反復(fù)再生和回收，從而在飲用水中鎘去除應(yīng)用方面達(dá)到經(jīng)濟(jì)和高效的目的。2、國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀綜述：2.1 殼聚糖殼聚糖(Chitosan)是甲殼素在氫氧化鈉溶液中水解，部分脫去乙酰基后生成的衍生物4，又名殼多糖、氨基多糖、甲殼糖等，化學(xué)名稱是: - (1 4)-2-乙酞氨基-2-脫氧-D-葡聚糖。甲殼素和殼聚糖的關(guān)

5、系如上圖所示。殼聚糖也是白色無(wú)定型、半透明、略有珍珠光澤的固體。在稀酸中，殼聚糖主鏈的緩慢水解，使殼聚糖溶液的粘度逐漸降低，所以殼聚糖溶液一般是隨用隨配。殼聚糖分子結(jié)構(gòu)中含有大量的氨基，此基團(tuán)中N上的孤對(duì)電子，可投入到重金屬離子的空軌道中，通過(guò)配位鍵結(jié)合，形成極好的鰲合聚合物，能吸收許多重金屬離子，如Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Ni2+等5-6。殼聚糖這一獨(dú)特的性質(zhì)己被大量地應(yīng)用于工業(yè)污水處理中，許多有公害的重金屬離子可以通過(guò)與殼聚糖的鰲合作用而被去除。殼聚糖的一些特性：(1)作為甲殼素的衍生物，殼聚糖是一種原料來(lái)源廣泛、儲(chǔ)量豐富、成本低廉、不易造成二次污染、可生物降解的理想的高分

6、子材料。（2）在殼聚糖分子結(jié)構(gòu)中存在大量游離氨基，是天然多糖中少見(jiàn)的帶正電荷的高分子化合物。殼聚搪是一種高效的陽(yáng)離子型絮凝劑，能有效地沉淀溶液中的有機(jī)物，并能抑制細(xì)菌生長(zhǎng)發(fā)育，其凈水效果優(yōu)于活性碳【7】(3)殼聚糖的糖殘基在C2上有1個(gè)乙酰氨基或氨基，在C3上有一個(gè)經(jīng)基，從構(gòu)象上來(lái)看，它們都是平伏鍵，這種特殊結(jié)構(gòu)，使得它們對(duì)具有一定離子半徑的一些金屬離子在一定的pH值條件下具有鰲合作用2。殼聚糖作為一種新型的配位體或鰲合劑，主要用于捕集有毒重金屬離子，處理工業(yè)污水、食品加工及石油工業(yè)廢水等方面。2.2 活性炭 活性炭是具有發(fā)達(dá)的孔隙結(jié)構(gòu)、巨大的比表面積和優(yōu)良的吸附性能的含碳物質(zhì)。它具有吸附、催

7、化、物質(zhì)在其孔隙內(nèi)的積聚、保持碳及其基團(tuán)同其他物質(zhì)的反應(yīng)能力等，并保持物理、化學(xué)上的穩(wěn)定性。此外，活性炭不溶于水和其他絕大部分溶劑。除了高溫下同氧接觸，同臭氧、氯、重鉻酸鹽等強(qiáng)氧化劑反應(yīng)外，在諸多實(shí)際使用條件下都極為穩(wěn)定。能在廣泛的pH值和多種溶劑、高溫、高壓下使用，還能去除放射性物質(zhì)，以及改善或去除航天、深潛裝置中的空氣、水的密閉系統(tǒng)中短時(shí)間的性能惡化?；钚蕴吭趲缀跛械念I(lǐng)域都獲得了廣泛的應(yīng)用8?；钚蕴渴撬幚碇凶畛Ｊ褂玫奈絼哂泻軓?qiáng)的物理吸附和化學(xué)吸附功能，它能有效地凈化飲用水中各種的污染物9. 應(yīng)當(dāng)指出的是，不同原料、不同方法制得的活性炭及其制品，吸附性能各異，在應(yīng)用時(shí)應(yīng)當(dāng)注意炭種的

8、選擇和使用條件的匹配，否則達(dá)不到應(yīng)用效果。2.3 殼聚糖與活性炭吸附劑研究現(xiàn)狀2.3.1 朱華躍10等在交聯(lián)殼聚糖-活性炭復(fù)配吸附劑對(duì)硝酸鹽氮的吸附中以殼聚糖和粉末活性炭為原料的戊二醛交聯(lián)殼聚糖-活性炭復(fù)配吸附劑，并探討了復(fù)配吸附劑對(duì)水中硝酸鹽氮的吸附性能的影響。結(jié)果表明，在殼聚糖-粉末活性炭復(fù)配比6: 4、質(zhì)子化時(shí)間30 min、吸附劑用量為每25 mL用吸附劑0.2g.硝酸鹽氮起始濃度為10 mg/ L時(shí)，復(fù)配吸附劑對(duì)廢水中的硝酸鹽氮的去除率最高，達(dá)到70. 6%。這為提高殼聚糖的綜合利用價(jià)值，解決農(nóng)業(yè)硝酸鹽污染提供了一條有效的途徑。其制備方法是：稱取1. 5g殼聚糖(脫乙酰度91.7%，

9、分子量2. 1 x 104，于100 m L三角瓶中，加入45 mL 5%冰乙酸(水溶液，攪拌溶脹2h，加入15 mL 25%戊二醛溶液，于70恒溫水浴攪拌2h進(jìn)行交聯(lián)。用0. 1mol/L NaOH溶液進(jìn)行洗滌，以去除沒(méi)有反應(yīng)掉的戊二醛，真空抽濾，將濾餅用雙蒸水多次洗滌，干燥，碾磨成小顆粒，篩分后備用。按照一定比率制取殼聚糖與活性炭復(fù)配吸附劑(CT S/ PA C)，在加入戊二醛之前按比率加入粉末狀活性炭，攪拌均勻。其吸附量和吸附去除率公式： 2.3.2何微娜11改性殼聚糖重金屬捕集劑的合成及性能研究論文研究了二硫代氨基甲酸改性殼聚糖在多種不同環(huán)境條件(pH值、實(shí)驗(yàn)溫度、反應(yīng)時(shí)間、重金屬初始

10、濃度等)的模擬水體中對(duì)Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Ni2+五種重金屬離子的捕集性能，考察了其對(duì)重金屬離子的飽和捕集量、對(duì)實(shí)際廢水的處理效果、捕集物在水體中的穩(wěn)定性及對(duì)水體的二次污染等情況，確定了合適的應(yīng)用條件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：在濃度均為1mmol/l的單一重金屬溶液中，二硫代氨基甲酸改性殼聚糖對(duì)Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Ni2+五種重金屬離子的去除率均能達(dá)到98%以上，最大飽和捕集量分別為 97.9%、94.0%、94.4%、99.7%、947%，而在同樣條件下原殼聚糖對(duì)這五種重金屬離子的最大飽和捕集量分別為70.7%、51.9%、14.9%、28.6%、43.8%。殼

11、聚糖作為吸附劑，對(duì)其改性相當(dāng)重要，改性后的殼聚糖對(duì)重金屬離子具有良好的選擇性和優(yōu)異的捕集效果，能同時(shí)去除多種重金屬離子，而且具有使用方便、毒性小、抗干擾能力強(qiáng)、性能穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的應(yīng)用前景。2.3.3 喻勝飛，葉菊招12 等的聚糖活性炭共混超濾膜的研制研制了用粉末活性炭填充共混的戊二醛交聯(lián)的殼聚糖活性炭超濾膜，使膜具有吸附和膜分離的協(xié)同分離脫色效應(yīng)。將稱量好的CS置于燒杯中，按所需配制的濃度加入2%的HAC水溶液使之溶解，濾取清，加入適量的添加劑TRG、交聯(lián)劑戊二醛和活性炭，充分?jǐn)嚢?，使之分散均勻，靜置脫泡，在支撐體上流延成膜，25左右下蒸發(fā)固化，經(jīng)凝固浴處理后室溫干燥，得殼聚糖活性炭共

12、濾膜。討論了活性炭種類，活性炭填充量，殼聚糖溶液濃度以及交聯(lián)劑對(duì)膜性能的影響。2.3.4. 張廷安，楊歡等13 在用殼聚糖絮凝劑處理含鎘廢水報(bào)道了用脫乙?；鶜ぞ厶菫樾跄齽?在電解質(zhì)Na2SO4的作用下絮凝除鎘的方法，考察了酸度、離子濃度、殼聚糖用量對(duì)去除率的影響。當(dāng)水樣含鎘質(zhì)量濃度不大于40 mg/L,pH=89和殼聚糖的含量為1%時(shí),鎘的去除率達(dá)到99. 95%以上。在同樣的條件下處理冶煉廠的含鎘廢水,除鎘率達(dá)到99.7%以上,其他金屬離子銅、鋅和鉛的殘余質(zhì)量濃度分別為0.053，0.58，0.01mg/L，低于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。還探討了殼聚糖絮凝除鎘機(jī)理：殼聚糖除鎘是通過(guò)分子中的氨基、羥基與鎘

13、離子形成穩(wěn)定的螯合物,以及殼聚糖與同時(shí)生成的Cd(OH)2的絮凝作用。在上述溶液中，存在著殼聚糖分子膠粒，CH3COOH,SO42-,Cd2+等多種成分，相互間存在著離解平衡。2.3.5 KangYM, Kim D H14 .表明在活性炭/殼聚糖的基材上已經(jīng)成功負(fù)載上六方晶型的CdS，并且測(cè)出了顆粒的大小為2330 nm.。 Rorrer等15用戊二醛交聯(lián)制成多孔性磁性殼聚糖微球吸附工業(yè)廢水中的Cd2+，對(duì)Cd2+的飽和吸附量為5.8mg/g。國(guó)外已報(bào)導(dǎo)了殼聚糖-活性炭用于超濾16、滲透蒸發(fā)膜17過(guò)程。殼聚糖-活性炭在國(guó)外已有相當(dāng)大的研究。2.4.鎘的測(cè)定皮祖訓(xùn)18高靈敏光度法測(cè)定水中微量鎘中

14、研究了在pH 85的硼砂一硼酸緩沖溶液中，在表面活性劑辛基酚聚氧乙烯醚(曲拉通X一100)存在下，Cd()與2一5一溴一2一吡啶偶氮5二乙氨基苯酚(5一BrPADAP)形成有色絡(luò)合物的條件。絡(luò)合物的最大吸收波長(zhǎng)為560 nm。其檢出限為0320ug/ L。鎘的測(cè)定方法很多,如:萃取光度法19、鎘試劑法、原子吸收分光光度法、雙硫腙分光光度法20等。還有用新合成顯色劑21-232-(2-噻唑偶氮)-5-磺丙氨基苯酚(TASPAP)測(cè)定鎘的分光光度分析方法。3、選題研究?jī)?nèi)容： 3.1 殼聚糖包裹活性炭顆粒的制備3.2所制備顆粒對(duì)水中鎘的吸附4.選題研究的技術(shù)路線、研究方法和要解決的主要問(wèn)題：4.1

15、技術(shù)路線調(diào)查、收集資料確定實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)制備成品制的成品對(duì)鎘吸附分析結(jié)論 4.2 研究方法分析研究國(guó)內(nèi)外殼聚糖，活性炭的應(yīng)用，及水中鎘的去除的研究，再殼聚糖、活性炭各自的特點(diǎn)和缺點(diǎn)，將二者有機(jī)結(jié)合制備殼聚糖包裹活性炭顆粒。研究制的顆粒對(duì)水中鎘的吸附情況。4.3 要解決的主要問(wèn)題殼聚糖-活性炭比例的確定 鎘測(cè)定方法的選定 5、調(diào)研計(jì)劃2010年2月25日2010年3月5日 確定選題，收集文獻(xiàn)資料；2010年3月6日2010年3月15日 撰寫開(kāi)題報(bào)告與擬開(kāi)題時(shí)間；2010年3月16日2010年4月20日 實(shí)驗(yàn)階段；2010年4月21日2010年5月3日 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算、整理、分析；2010年5月4日2

16、010年5月24日 形成論文初稿，補(bǔ)做相關(guān)實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù).6、主要參考文獻(xiàn)：1 薄梅花,鎘的危害作用與生物監(jiān)測(cè)J勞動(dòng)醫(yī)學(xué);1999年第16卷第1期2 朱華躍，林湘文，蔣茹，管玉江.交聯(lián)殼聚糖-活性炭復(fù)配吸附劑對(duì)硝酸鹽氮的吸附.西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào).2008，17（6）：334-3373郝紅英.邵自強(qiáng).殼聚糖-活性炭復(fù)配水處理劑制備及應(yīng)用研究J纖維素科學(xué)與技術(shù).2006, 14( 1) : 11- 15.4張延坤，劉國(guó)忠.甲殼素與殼聚糖及其衍生物的制備和在日化工業(yè)中的應(yīng)用.日用化學(xué)工業(yè)1998,(4):36-405劉維俊.高分子殼聚糖對(duì)微量金屬離子的鰲合作用研究.應(yīng)用化工，2002，31(4):16r186

17、羅道成，易平貴，劉俊峰.改性殼聚糖對(duì)電鍍廢水中重金屬離子的吸附.材料保護(hù)，2002, 35 (1):11-127柴平海，張文清，金鑫榮.甲殼素/殼聚糖開(kāi)發(fā)和研究的新動(dòng)向.化學(xué)通報(bào)1999,(7): 8-118活性炭水處理技術(shù).國(guó)家環(huán)境保護(hù)局主持中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社.1991.9Removal of organic micropollutats by adsorption ontofibrous activated carbon (FAC)comparisons with GACand PAC and application to UFFACprocess. B.Delanghe.P.Le clo

18、irec and G.Dagois.Water Supply.Vol.14. Amstredum.1994.10 朱華躍，林湘文，蔣茹，管玉江.交聯(lián)殼聚糖-活性炭復(fù)配吸附劑對(duì)硝酸鹽氮的吸附.西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào).2008，17（6）：334-33711 何微娜,改性殼聚糖重金屬捕集劑的合成及性能研究.12 喻勝飛，葉菊招，殼聚糖活性炭共混超濾膜的研制J水處理技術(shù).1999.1013張廷安，楊歡，用殼聚糖絮凝劑處理含鎘廢水J東北大學(xué)學(xué)報(bào).200114KangYM, Kim D H.Enhanced optical sensing by carbon nanotube functionalized with CdSparticles J. SensActuatorsA Phys (S0924-4247), 2006, 125: 114-117.15Rorrer GL,Hsien T Y,Way J D.Adsorption of Metal Ions on Polyaminated Higly Porous Chitosan.Ind Eng Chem Res,1993,32(9):21702172.16 M.Matsudaet al. J. Ko