毕业论文设计开题报告材料代于琴.docx

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毕业论文设计开题报告材料代于琴

CQWU/JL/JWB/ZY012-14

毕业论文（设计）开题报告

论文（设计）题目：

壳聚糖包裹活性炭颗粒的制备

及对水中镉的吸附

系　　别：

化学与环境工程学院

年　　级：

2006级

专业（班）：

环境治理工程

（1）班

学　　号：

200604154006

学生姓名：

代于琴

指导教师：

宋力

2010年02月15日

重庆文理学院本科毕业论文（设计）开题报告

题目

壳聚糖包裹活性炭颗粒的制备及对水中镉的吸附

系（院）

专业

化学与环境工程学院

环境科学专业

年级

2006级

开题日期

2010．03

学号

200604154006

姓名

代于琴

指导教师

宋力

1、选题目的和意义：

镉可经消化道或呼吸道进入人体,对骨骼、肾、肝脏、生殖系统、免疫系统等均可造成损伤。

镉排出慢,经口摄入约有0%~80%从粪便排出,经尿排出约占20%,又可经乳汁排出或经胎盘进入胎儿组织。

镉在人体内的生物半衰期长达10-30年,主要引起慢性毒作用[1]。

镉被人体吸收后，容易造成骨质疏松、变形等一系列症状。

“痛痛病”，就是慢性镉中毒最典型的例子。

该病以疼痛为特点，始于腰背痛，继而肩、膝、髋关节痛，逐渐扩至全身。

而水，人们接触最多，饮用最多，因此，对饮用水中镉的严格控制显得尤为重要，对饮用水中镉的测定已引起科学界的普遍重视。

壳聚糖对过渡金属离子有很强的亲合力和良好的选择性，以其良好的环境相容性、可再生性、资源丰富以及价廉易得等优点而受到人们的关注。

无孔状结构的片状或粉末状壳聚糖的比表面积较小，金属离子无法接近其内部的吸附点，导致吸附效率较低和吸附量较小。

活性炭是具有发达的孔隙结构、巨大的比表面积和优良的吸附性能的含碳物质。

它具有吸附、催化、物质在其孔隙内的积聚、保持碳及其基团同其他物质的反应能力等，并保持物理、化学上的稳定性。

此外，活性炭不溶于水和其他绝大部分溶剂。

活性炭在几乎所有的领域都获得了广泛的应用。

活性炭是水处理中最常使用的吸附剂，具有很强的物理吸附和化学吸附功能，它能有效地净化饮用水中各种的污染物[2]一般的方法是直接利用壳聚糖或者活性炭处理，如果将壳聚糖对金属离子的选择性和活性炭的多孔性结合制成多孔壳聚糖-活性炭小球用于吸附金属离子，就能极大地增加壳聚糖的表面积，增大了对金属离子的吸附性。

本研究通过将交联壳聚糖和粉末状活性炭（pulverousactivatedcarbon,PAC）制成复配吸附剂，可以克服壳聚糖在酸性溶液中的可溶性和非孔性，壳聚糖的化学吸附和活性炭的多孔吸附，两者之间优势互补[3].并且可以反复再生和回收，从而在饮用水中镉去除应用方面达到经济和高效的目的。

2、国内外研究现状综述：

2.1壳聚糖

壳聚糖（Chitosan）是甲壳素在氢氧化钠溶液中水解，部分脱去乙酰基后生成的衍生物[4]，又名壳多糖、氨基多糖、甲壳糖等，化学名称是:

β-（1→4）-2-乙酞氨基-2-脱氧-D-葡聚糖。

甲壳素和壳聚糖的关系如上图所示。

壳聚糖也是白色无定型、半透明、略有珍珠光泽的固体。

在稀酸中，壳聚糖主链的缓慢水解，使壳聚糖溶液的粘度逐渐降低，所以壳聚糖溶液一般是随用随配。

壳聚糖分子结构中含有大量的氨基，此基团中N上的孤对电子，可投入到重金属离子的空轨道中，通过配位键结合，形成极好的鳌合聚合物，能吸收许多重金属离子，如Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Ni2+等[5-6]。

壳聚糖这一独特的性质己被大量地应用于工业污水处理中，许多有公害的重金属离子可以通过与壳聚糖的鳌合作用而被去除。

壳聚糖的一些特性：

（1）作为甲壳素的衍生物，壳聚糖是一种原料来源广泛、储量丰富、成本低廉、不易造成二次污染、可生物降解的理想的高分子材料。

（2）在壳聚糖分子结构中存在大量游离氨基，是天然多糖中少见的带正电荷的高分子化合物。

壳聚搪是一种高效的阳离子型絮凝剂，能有效地沉淀溶液中的有机物，并能抑制细菌生长发育，其净水效果优于活性碳【7】

（3）壳聚糖的糖残基在C2上有1个乙酰氨基或氨基，在C3上有一个经基，从构象上来看，它们都是平伏键，这种特殊结构，使得它们对具有一定离子半径的一些金属离子在一定的pH值条件下具有鳌合作用[2]。

壳聚糖作为一种新型的配位体或鳌合剂，主要用于捕集有毒重金属离子，处理工业污水、食品加工及石油工业废水等方面。

2.2活性炭

活性炭是具有发达的孔隙结构、巨大的比表面积和优良的吸附性能的含碳物质。

它具有吸附、催化、物质在其孔隙内的积聚、保持碳及其基团同其他物质的反应能力等，并保持物理、化学上的稳定性。

此外，活性炭不溶于水和其他绝大部分溶剂。

除了高温下同氧接触，同臭氧、氯、重铬酸盐等强氧化剂反应外，在诸多实际使用条件下都极为稳定。

能在广泛的pH值和多种溶剂、高温、高压下使用，还能去除放射性物质，以及改善或去除航天、深潜装置中的空气、水的密闭系统中短时间的性能恶化。

活性炭在几乎所有的领域都获得了广泛的应用[8]。

活性炭是水处理中最常使用的吸附剂，具有很强的物理吸附和化学吸附功能，它能有效地净化饮用水中各种的污染物[9].

应当指出的是，不同原料、不同方法制得的活性炭及其制品，吸附性能各异，在应用时应当注意炭种的选择和使用条件的匹配，否则达不到应用效果。

2.3壳聚糖与活性炭吸附剂研究现状

2.3.1朱华跃[10]等在《交联壳聚糖-活性炭复配吸附剂对硝酸盐氮的吸附》中以壳聚糖和粉末活性炭为原料的戊二醛交联壳聚糖-活性炭复配吸附剂，并探讨了复配吸附剂对水中硝酸盐氮的吸附性能的影响。

结果表明，在壳聚糖-粉末活性炭复配比6:

4、质子化时间30min、吸附剂用量为每25mL用吸附剂0.2g.硝酸盐氮起始浓度为10mg/L时，复配吸附剂对废水中的硝酸盐氮的去除率最高，达到70.6%。

这为提高壳聚糖的综合利用价值，解决农业硝酸盐污染提供了一条有效的途径。

其制备方法是：

称取1.5g壳聚糖（脱乙酰度91.7%，分子量2.1x104，于100mL三角瓶中，加入45mL5%冰乙酸（水溶液，搅拌溶胀2h，加入15mL25%戊二醛溶液，于70℃恒温水浴搅拌2h进行交联。

用0.1mol/LNaOH溶液进行洗涤，以去除没有反应掉的戊二醛，真空抽滤，将滤饼用双蒸水多次洗涤，干燥，碾磨成小颗粒，筛分后备用。

按照一定比率制取壳聚糖与活性炭复配吸附剂（CTS/PAC），在加入戊二醛之前按比率加入粉末状活性炭，搅拌均匀。

其吸附量和吸附去除率公式：

2.3.2何微娜[11]《改性壳聚糖重金属捕集剂的合成及性能研究》论文研究了二硫代氨基甲酸改性壳聚糖在多种不同环境条件（pH值、实验温度、反应时间、重金属初始浓度等）的模拟水体中对Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Ni2+五种重金属离子的捕集性能，考察了其对重金属离子的饱和捕集量、对实际废水的处理效果、捕集物在水体中的稳定性及对水体的二次污染等情况，确定了合适的应用条件。

实验结果表明：

在浓度均为1mmol/l的单一重金属溶液中，二硫代氨基甲酸改性壳聚糖对Cu2+、Pb2+、Zn2+、Cd2+、Ni2+五种重金属离子的去除率均能达到98%以上，最大饱和捕集量分别为97.9%、94.0%、94.4%、99.7%、947%，而在同样条件下原壳聚糖对这五种重金属离子的最大饱和捕集量分别为70.7%、51.9%、14.9%、28.6%、43.8%。

壳聚糖作为吸附剂，对其改性相当重要，改性后的壳聚糖对重金属离子具有良好的选择性和优异的捕集效果，能同时去除多种重金属离子，而且具有使用方便、毒性小、抗干扰能力强、性能稳定等优点，具有良好的应用前景。

2.3.3喻胜飞，叶菊招[12]等的《聚糖活性炭共混超滤膜的研制》研制了用粉末活性炭填充共混的戊二醛交联的壳聚糖活性炭超滤膜，使膜具有吸附和膜分离的协同分离脱色效应。

将称量好的CS置于烧杯中，按所需配制的浓度加入2%的HAC水溶液使之溶解，滤取清，加入适量的添加剂TRG、交联剂戊二醛和活性炭，充分搅拌，使之分散均匀，静置脱泡，在支撑体上流延成膜，25℃左右下蒸发固化，经凝固浴处理后室温干燥，得壳聚糖活性炭共滤膜。

讨论了活性炭种类，活性炭填充量，壳聚糖溶液浓度以及交联剂对膜性能的影响。

2.3.4.张廷安，杨欢等[13]在《用壳聚糖絮凝剂处理含镉废水》报道了用脱乙酰基壳聚糖为絮凝剂,在电解质Na2SO4的作用下絮凝除镉的方法，考察了酸度、离子浓度、壳聚糖用量对去除率的影响。

当水样含镉质量浓度不大于40mg/L,pH=8~9和壳聚糖的含量为1%时,镉的去除率达到99.95%以上。

在同样的条件下处理冶炼厂的含镉废水,除镉率达到99.7%以上,其他金属离子铜、锌和铅的残余质量浓度分别为0.053，0.58，0.01mg/L，低于国家排放标准。

还探讨了壳聚糖絮凝除镉机理：

壳聚糖除镉是通过分子中的氨基、羟基与镉离子形成稳定的螯合物,以及壳聚糖与同时生成的Cd（OH）2的絮凝作用。

在上述溶液中，存在着壳聚糖分子胶粒，CH3COOH,SO42-,Cd2+等多种成分，相互间存在着离解平衡。

2.3.5KangYM,KimDH[14].表明在活性炭/壳聚糖的基材上已经成功负载上六方晶型的CdS，并且测出了颗粒的大小为23~30nm.。

Rorrer等[15]用戊二醛交联制成多孔性磁性壳聚糖微球吸附工业废水中的Cd2+，对Cd2+的饱和吸附量为5.8mg/g。

国外已报导了壳聚糖-活性炭用于超滤[16]、渗透蒸发膜[17]过程。

壳聚糖-活性炭在国外已有相当大的研究。

2.4.镉的测定

皮祖训[18]高灵敏光度法测定水中微量镉中研究了在pH8．5的硼砂一硼酸缓冲溶液中，在表面活性剂辛基酚聚氧乙烯醚（曲拉通X一100）存在下，Cd（Ⅱ）与2一[5一溴一2一吡啶偶氮]—5—二乙氨基苯酚（5一Br—PADAP）形成有色络合物的条件。

络合物的最大吸收波长为560nm。

其检出限为0～320ug/L。

镉的测定方法很多,如:

萃取光度法[19]、镉试剂法、原子吸收分光光度法、双硫腙分光光度法[20]等。

还有用新合成显色剂[21-23]2-（2-噻唑偶氮）-5-磺丙氨基苯酚（TASPAP）测定镉的分光光度分析方法。

3、选题研究内容：

3.1壳聚糖包裹活性炭颗粒的制备

3.2所制备颗粒对水中镉的吸附

4.选题研究的技术路线、研究方法和要解决的主要问题：

4.1技术路线

调查、收集资料→确定实验方案→实验制备成品→制的成品对镉吸附分析→结论

4.2研究方法

分析研究国内外壳聚糖，活性炭的应用，及水中镉的去除的研究，再壳聚糖、活性炭各自的特点和缺点，将二者有机结合制备壳聚糖包裹活性炭颗粒。

研究制的颗粒对水中镉的吸附情况。

4.3要解决的主要问题

壳聚糖-活性炭比例的确定镉测定方法的选定

5、调研计划

2010年2月25日—2010年3月5日确定选题，收集文献资料；

2010年3月6日—2010年3月15日撰写开题报告与拟开题时间；

2010年3月16日—2010年4月20日实验阶段；

2010年4月21日—2010年5月3日实验数据计算、整理、分析；

2010年5月4日—2010年5月24日形成论文初稿，补做相关实验及数据.

6、主要参考文献：

[1]薄梅花,镉的危害作用与生物监测[J]《劳动医学》;1999年第16卷第1期

[2]朱华跃，林湘文，蒋茹，管玉江.交联壳聚糖-活性炭复配吸附剂对硝酸盐氮的吸附.西北农业学报.2008，17（6）：

334-337

[3]郝红英.邵自强.壳聚糖-活性炭复配水处理剂制备及应用研究[J]纤维素科学与技术.2006,14

（1）:

11-15.

[4]张延坤，刘国忠.甲壳素与壳聚糖及其衍生物的制备和在日化工业中的应用.日用化学工业1998,（4）:

36-40

[5]刘维俊.高分子壳聚糖对微量金属离子的鳌合作用研究.应用化工，2002，31（4）:

16^r18

[6]罗道成，易平贵，刘俊峰.改性壳聚糖对电镀废水中重金属离子的吸附.材料保护，2002,35

（1）:

11^-12

[7]柴平海，张文清，金鑫荣.甲壳素/壳聚糖开发和研究的新动向.化学通报1999,（7）:

8-11

[8]活性炭水处理技术.国家环境保护局主持中国环境科学出

版社.1991.

[9]Removaloforganicmicropollutatsbyadsorptionontofibrousactivatedcarbon（FAC）—comparisonswithGACandPACandapplicationtoUF—FACprocess.B.Delanghe.P.LecloirecandG.Dagois.WaterSupply.Vol.14.Amstredum.1994.

[10]朱华跃，林湘文，蒋茹，管玉江.交联壳聚糖-活性炭复配吸附剂对硝酸盐氮的吸附.西北农业学报.2008，17（6）：

334-337

[11]何微娜,改性壳聚糖重金属捕集剂的合成及性能研究.

[12]喻胜飞，叶菊招，壳聚糖活性炭共混超滤膜的研制[J]水处理技术.1999.10

[13]张廷安，杨欢，用壳聚糖絮凝剂处理含镉废水[J]东北大学学报.2001

[14]KangYM,KimDH.EnhancedopticalsensingbycarbonnanotubefunctionalizedwithCdSparticles[J].SensActuatorsAPhys（S0924-4247）,2006,125:

114-117.

[15]RorrerGL,HsienTY,WayJD.AdsorptionofMetalIonsonPolyaminatedHiglyPorousChitosan.IndEngChemRes,1993,32（9）:

2170~2172.

[16]M.Matsudaetal.[J].KobunshiRonbunshu,1988,45（7）:

597.

[17]S.Mimaetal.[J].KobunshiRonbunshu,1982,39（10）:

649.

[18]皮祖训高灵敏光度法测定水中微量镉

[19]马卫兴,钱保华,李善忠,等.1-（2-苯并噻唑偶氮）-2-羟基-3-萘甲酸与铜的显色反应研究及应用[J].冶金分析,2005,25

（1）:

19.

[20]马卫兴,刘文明,骆志才,等.2-（2-噻唑偶氮）-5-磺丙氨基苯酚与铁（Ⅱ）水相显色反应及其应用[J].化学试剂,1998,20（4）:

227-228.

[21]马卫兴,纪延光,刘法臻,等.2-（2-噻唑偶氮）-5-磺丙氨基苯酚（TASPAP）与铁（III）水相显色反应的研究及其应用[J].冶金分析,1997,17（6）:

7-8.

[22]张汉鹏.苯并噻唑偶氮类试剂的进展[J].理化检验（化学分册）,1996,32

（1）:

53.

[23]马卫兴,纪延光,刘法臻,等.2-（2-噻唑偶氮）-5-磺丙氨基苯酚（TASPAP）与铁（III）水相显色反应的研究及其应用[J].冶金分析,1997,17（6）:

7-8.

7、指导老师意见:

8、开题审查小组审查意见：

教研室主任或组长签名：

年月日

开题审查小组组成名单

组成

姓名

职称

所在单位

签字

组长（非指导教师）

成

员

说明：

1、开题报告应在教师指导下由学生独立撰写，交指导教师审阅，并接受学校和系（院）检查.

2、开题报告不需要在本手册上填写，应按照该格式另行装订成册.