1、現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)如礦山、冶金、化工等行業(yè)廣泛存在著大量含有硫酸根的廢水,硫酸根廢水的處理對生產(chǎn)和環(huán)境均具有積極的意義,吸附法處理硫酸根具有多種優(yōu)點和開發(fā)前景。殼聚糖是自然界第二大可再生資源,具有良好的生物降解性能,對環(huán)境友好,同時具有較多的活性基團利于改性,被廣泛應(yīng)用為處理各種廢水的吸附劑。本研究將硫酸根的處理與殼聚糖的改性相結(jié)合,首先對殼聚糖與硫酸根的作用力進行量子計算,為吸附提供理論支持;然后對殼聚糖吸附硫酸根進行研究,并針對其不足進行

2、改性方法的探索;最后通過乳化交聯(lián)、金屬鋯負載改性以及質(zhì)子化改性的方法制備了用于處理硫酸根的殼聚糖基吸附材料,研究了吸附材料的制備、性能及機理,以期獲得硫酸根的優(yōu)良改性殼聚糖吸附材料,同時該研究將為殼聚糖在無機陰離子領(lǐng)域的應(yīng)用提供研究思路和方法,為其他無機有毒有害的陰離子提供參考。論文取得了以下創(chuàng)新性成果:
　　(1)對殼聚糖單體與硫酸根的相互作用體系進行了結(jié)構(gòu)優(yōu)化。分別選擇殼聚糖與質(zhì)子化殼聚糖與硫酸根以不同方式結(jié)合組成的六種相互作

3、用體系,以質(zhì)子化殼聚糖氨基結(jié)合硫酸根構(gòu)型最穩(wěn)定,結(jié)果表明殼聚糖對硫酸根的吸附主要是質(zhì)子化的氨基對于硫酸根的靜電引力作用。
　　(2)研究了殼聚糖吸附硫酸根的規(guī)律和機理。殼聚糖對于硫酸根的吸附過程即水溶液中的硫酸根小分子進入殼聚糖大分子空隙而發(fā)生溶脹的過程。殼聚糖氨基氮原子具有親核活性,可結(jié)合水溶液中的氫離子成為質(zhì)子化氨基,對硫酸根電離出的硫酸氫根發(fā)生靜電引力吸附,吸附量接近理論值476mg/g。
　　(3)揭示了甲醛-苯甲醛

4、交聯(lián)殼聚糖和甲醛-戊二醛交聯(lián)殼聚糖的交聯(lián)反應(yīng)機理。殼聚糖與甲醛主要發(fā)生氨基和醛基的希夫堿反應(yīng),甲醛醛基和殼聚糖氨基、羥基的分子間以及分子內(nèi)交聯(lián)反應(yīng)。苯甲醛為第二交聯(lián)劑時,主要與剩余氨基發(fā)生希夫堿反應(yīng);戊二醛為第二交聯(lián)劑時,戊二醛的兩個醛基同甲醛反應(yīng)類似,同殼聚糖的剩余氨基、羥基之間也可發(fā)生分子間以及分子內(nèi)交聯(lián)反應(yīng)。在兩種制備體系中,交聯(lián)劑之間的競爭機制不同:苯甲醛主要與甲醛競爭氨醛縮合反應(yīng)位點,它的加入有效提高吸附性能;而戊二醛的加入主

5、要與甲醛競爭交聯(lián)反應(yīng)位點,它的加入有效提高殼聚糖的抗酸性能。
　　(4)揭示了鋯負載甲醛-苯甲醛交聯(lián)殼聚糖和質(zhì)子化甲醛-戊二醛交聯(lián)殼聚糖的兩種吸附材料的吸附反應(yīng)機理:對于鋯負載交聯(lián)殼聚糖,交聯(lián)殼聚糖與金屬Zr(IV)發(fā)生絡(luò)合,硫酸根在吸附的過程中是通過同鋯離子的配位而進行吸附的,吸附量隨著鋯負載量的提高而增大,吸附過程還存在著質(zhì)子化氨基對硫酸根的靜電吸附作用。對于質(zhì)子化交聯(lián)殼聚糖,交聯(lián)殼聚糖用鹽酸進行質(zhì)子化時,可以形成殼聚糖氨基氯

6、鹽,吸附硫酸根的過程就是硫酸根和氯離子發(fā)生離子交換的過程。
　　(5)揭示了兩種改性吸附劑的吸附機理:鋯負載甲醛-苯甲醛交聯(lián)殼聚糖的吸附過程為Langmuir型吸附,是一化學(xué)吸附過程,優(yōu)化條件下的飽和吸附容量為78.74 mg/g。整個吸附過程是一個自發(fā)進行的放熱反應(yīng),整個吸附過程的速率由顆粒內(nèi)擴散和化學(xué)吸附反應(yīng)兩步驟共同控制。質(zhì)子化甲醛-戊二醛交聯(lián)殼聚糖的吸附過程表現(xiàn)為Langmuir型物理吸附過程,整個吸附過程是一個自發(fā)進行的