海藻酸和甲壳胺纤维对镍离子的吸附性能设计开题综述.docx

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海藻酸和甲壳胺纤维对镍离子的吸附性能设计开题综述

BIYESHEJI

（二零届）

海藻酸和甲壳胺纤维对镍离子的吸附性能

所在学院

专业班级纺织工程

学生姓名学号

指导教师职称

完成日期年月

摘要：

在当今，因人类活动导致环境中的重金属含量增加，超出正常范围，并导致环境质量恶化。

重金属污染指由重金属或其化合物造成的环境污染。

重金属污染与其他有机化合物的污染不同，具有富集性，很难在环境中降解。

镍污染也是重金属污染之一。

海藻酸纤维和甲壳素广泛存在在自然界中。

由于海藻酸和甲壳胺通过湿法纺丝，可以加工成纤维，而这两种纤维又可以吸附重金属离子，所以被广泛应用于治理环境这一重大课题。

本文通过研究不同种类的纤维对镍离子的吸附性能，着重介绍了海藻酸纤维和甲壳胺纤维对镍离子的吸附性能。

另一方面，通过控制时间和蛋白质的质量，来研究海藻酸纤维和甲壳胺纤维在吸附金属离子过程中，会受到哪些因素的影响。

关键词：

海藻酸；甲壳胺；纤维；纺丝；重金属污染；吸附

TheadsorptionpropertiesofalginatefibersandchitosanfibersforNickelions

Abstract：

Inrecentyears,duetohumanactivities,heavymetalsinenvironmenthasincreased,evenoutsidethenormalrange,andleadtoenvironmentpollution.Theheavymetalpollutionmeansthattheenvironmentpollutionthatwascausedbyheavymetalsandtheircombines.Theheavyisdifferentfromotherorganiccompoundpollutions,heavymetalsarehardtobedegradedinenvironmentbecauseofenrichment.Nickelpollutionisoneofheavymetalpollution.Alginateandchitinarewidely-spreadinnature.　Becausealginateandchitosancanbemadeintofibersthroughthewetspinningprocess.Andthesetwofiberscanabsorbheavymentalions,bywhichcanbringthepollutionundercontrol.BystudyingtheadsorptionpropertiesofdifferenttypesoffibersforNickelions,thisarticlehighlightstheadsorptionpropertiesofthealginatefiberandchitosanfiberfornickelions.Bycontrollingthetimeandthequalityoftheprotein,thisarticlewanttostudythefactors，whichwillaffecttheadsorptionpropertiesofthealginatefiberandchitosanfiberfornickelions.

Keywords:

Alginate；Chitosan；Fiber;Spin;Heavymetalpollution；Adsorption

1绪论1

1.1概述1

1.2海藻酸纤维的概述1

1.2.1海藻酸的简介1

1.2.2海藻酸的化学结构2

1.2.3海藻酸纤维的性质2

1.2.4海藻酸纤维的制备过程3

1.2.5海藻酸纤维的应用4

1.3甲壳胺纤维的概述4

1.3.1甲壳胺的简介4

1.3.2甲壳胺的化学结构4

1.3.3甲壳胺纤维的性质5

1.3.4甲壳胺纤维的制备过程5

1.3.5甲壳胺纤维的应用5

1.4对镍离子吸附性能的研究6

1.4.1吸附机理6

1.4.2影响因素7

1.4.3研究结果7

2实验部分9

2.1实验原理9

2.1.1原子吸收光谱法的原理9

2.1.2原子吸收光谱的特点9

2.2实验的材料与试剂9

2.3实验仪器与设备9

2.4实验步骤10

2.4.1基本实验步骤10

2.4.2实验数据（控制时间）10

2.4.3实验数据（控制蛋白质的量）12

2.4.4实验注意事项14

3结果与分析15

3.1时间对吸附性能的影响15

3.2蛋白质对吸附性能的影响16

3.3不同的金属离子对吸附性能的影响17

3.3.1以时间为变量17

3.3.2以蛋白质质量为变量19

4结论22

参考文献23

致谢24

1绪论

20世纪以来，随着我国经济的迅猛发展，环境污染越来越严重，其中水资源的污染问题尤为突出，成为社会各界关注的焦点。

大型化工厂、重工业企业、印染、纺织、造纸等工厂排放的工业废水中含有大量的重金属离子，排入水域后，这些重金属通过食物链生物富集，对生态系统、农业和人类健康造成不可逆转的伤害。

重金属是人体健康不可缺少的元素，其含量甚微，但是如果超量就会产生严重后果，如震惊世界的水误病及骨疼病就是由于含汞和含镉废水污染所致[1,2]。

为了最大限度的避免重金属污染对生态系统造成严重影响，人们一直在努力寻求处理重金属废水的新技术。

本设计介绍了海藻酸与甲壳胺纤维素的结构，及其吸附性能，特别对重金属吸附。

1.1概述

镍是生物必需的微量元素之一，也是具有潜在毒性的元素，土壤中微量的镍可以刺激植物生长，过量的镍能阻滞植物生长发育，导致植物生长不良，对植物造成危害，直至死亡。

镍可以在植物体内积蓄，当积蓄超出正常含量的植物进入食物链时，就会影响动物乃至人类的健康。

镍粉尘通过呼吸道进入人体后可出现肺出血浮肿、脑白质出血、毛细血管壁脂肪变性并发呼吸障碍以及呼吸系统癌症。

而裸露矿渣、尾矿不同程度的侵蚀，将进一步污染水体、土壤和空气，破坏生态平衡，形成镍污染严重的生态环境，造成不可挽回的局面[3]。

镍污染是由镍及其化合物所引起的环境污染。

冶炼镍矿石及冶炼钢铁时，部分矿粉会随气流进入大气。

在焙烧过程中也有镍及其化合物排出，主要为不溶于水的硫化镍（NiS），氧化镍（NiO）、金属镍粉尘等，成为大气中的颗粒物。

燃烧生成的镍粉尘遇到热的一氧化碳，会生成易挥发的、剧毒的致癌物羰基镍［Ni（CO）4］。

精炼镍的作业工人，患鼻腔癌和肺癌的发病率较高。

镍可在土壤中富集，含镍的大气颗粒物沉降、含镍废水灌溉、动植物残体腐烂、岩石风化等都是土壤中镍的来源。

植物生长会吸收土壤中的镍。

镍含量最高的植物是绿色蔬菜和烟草，可达1.5-3ppm。

镍对水稻产生毒性的临界浓度是20ppm。

我国规定车间空气中羰基镍的最高容许浓度为0.001mg/m3，地面水中镍的最高容许浓度为0.5mg/L。

因此，如何控制镍含量，一直是重要的研究课题。

本文研究了海藻酸和甲壳胺纤维对镍离子的吸附性能。

1.2海藻酸的概述

1.2.1海藻酸的简介

海藻酸广泛地存在于棕藻之中，和植物中的纤维素一样，它起到了强化细胞壁的作用，干燥的棕藻一般含有约20％的海藻酸，在收获海藻之后，海藻酸的提取过程包括水洗、磨碎，然后再用碱溶液溶解藻体内的海藻酸，之后，溶解的海藻酸通过过滤跟藻体分离，在分离液中加入氯化钙后，海藻酸以海藻酸钙胶体的形式沉淀，所形成的胶体再由酸洗去掉内部的钙离子。

最后，胶体和碳酸钠溶液反应而形成海藻酸钠，经干燥磨碎而形成工业用的海藻酸钠粉末。

1.2.2海藻酸的化学结构

海藻酸是一种由β-（1，4）D-甘露糖醛酸（M）和α-（1，4）L-古罗糖醛酸（G）组成的天然高分子材料，它广泛存在于各种类型的褐藻植物中。

M单元和G单元的结构非常相似，区别仅在C5上羧基位置的不同，这使得它们聚合后的空间结构和理化性质差异很大，G单元中的羧酸位于碳／碳／氧的三角形的顶上，比M单元具有更大的活性，但M单元的生物相容性较G单元优良。

海藻酸整个分子链由3种片段构成：

聚甘露糖醛酸片段（MM）、聚古罗糖醛酸片段（GG）和甘露糖醛酸一古罗糖醛酸杂合段（MG）。

其分子结构如图1-1.

图1-1：

海藻酸纤维的分子结构

1.2.3海藻酸纤维的性质

现阶段海藻纤维主要作为医用纱布、绷带和敷料.其特点有:

（1）高吸湿性,可以吸收大量的伤口渗出物,延长更换绷带的时间,减少更换次数和护理时间,降低护理费用;

（2）易去除性,海藻酸盐纤维与渗出液接触后膨化形成柔软的水凝胶.高M海藻酸盐纤维可用温热的盐水溶液淋洗去除;高G海藻酸盐绷带膨化较小可整片去除,对新生伤口的娇嫩组织有保护作用,防止在取出纱布时造成伤口二次创伤;

（3）高透氧性,吸湿后形成亲水性凝胶,与亲水基团结合的“自由水”成为氧气传递的通道,氧气经吸附-扩散-解吸过程,从外界环境进入伤口组织内;而纤维的高G段是纤维的大分子骨架连接点,水凝胶的硬性部分（氧气可通过的微孔）避免了伤口的缺氧状况,促使伤口愈合;

（4）凝胶阻塞性,海藻酸盐绷带与渗出液接触时膨化,大量的渗出液滞留在凝胶纤维中,而单纤维膨化会减少纤维间的细孔使流体的散布停止,因海藻酸盐绷带的“凝胶阻塞”特殊性,可使伤口渗出物散布,相应的浸渍作用减小;

（5）生物降解性和相容性,海藻酸盐纤维属生物可降解纤维,对环境友好.与生物相容可避免手术时二次拆线,减轻了病的痛苦;

（6）金属离子吸附性,海藻纤维可吸附大量金属离子形成导电链,可提高大分子链的聚集能,适宜制造防护纺织品.[4]

1.2.4海藻酸纤维的制备过程

海藻酸纤维为海藻酸钙纤维简单处理后得到，海藻酸钙纤维为实验室通过湿法纺丝制得，湿纺工艺流程如图1-2。

图1-2湿法纺丝工艺流程

海藻酸钙纤维湿法纺丝工艺过程主要包括：

溶解、过滤、脱泡、计量喷丝、凝固、水洗、牵伸、定型、上油、干燥及切断等工序。

1．溶解：

采用预溶解、溶解及改性等过程，在一定的温度下高速搅拌溶解，最后控制溶液的粘度在8000～20000mPa•s。

2．过滤：

采用40微米／20微米的滤布进行过滤，过滤压力一般控制在2～3公斤；

3．脱泡：

脱泡釜中真空脱泡，得到纺丝原液；

4．计量泵：

采用粘胶长丝齿轮泵进行纺丝；

5．喷丝板：

采用长丝喷丝板；

6．凝固浴：

温度控制在25～50℃，采用3%～4％的氯化钙溶液；

7．水洗：

纤维经过热水洗涤，去除残留黏附的无机盐；

8．牵伸：

牵伸比例控制在100～200％；

9．卷绕：

采用变频卷绕机卷绕；

10．后处理：

将得到的海藻酸钙纤维烘干后，放入pH为1.0的盐酸溶液中浸泡2小时，然后水洗烘干即得到海藻酸纤维。

将海藻酸纤维（未上油处理）放在ZKF035型电热真空干燥箱中，50℃干燥2小时，然后用电子天平称取一定质量的纤维数份，备用。

将剩余的海藻酸纤维放入干燥器中，留待下次实验使用。

1.2.5海藻酸纤维的应用

（1）医用纤维

1962年,英国人Winter发现,在潮湿环境下,伤口的表面愈合快于干燥状态.[7]潮湿环境可加快表皮细胞从健康的皮肤向伤口的涌移,使伤口愈合速度加快,“湿疗法”扩大了海