壳聚糖的性能及其对苯酚废水的治理开题报告

全文总字数：4711字

1. 研究目的与意义

酚类化合物是一种细胞原浆毒,其毒性与细胞原浆中蛋白质发生化学反应,形成变性蛋白质,使细胞失去活性。含酚废水会对人们的正常生活造成严重影响,并危害人体健康,而且严重破坏自然生态,造成环境污染。苯酚及其衍生物属芳香族化合物是废水中常见的一类高毒性和难于降解的有机物，因此,对含酚废水进行回收和净化非常必要。在实际含酚废水处理中,对高浓度的含酚废水应优先考虑将酚加以回收利用,而对浓度较低的含酚废水则必须进行污染控制和达标排放。然而壳聚糖水溶解度低,ph值适用范围较窄,从而限制了生产废水治理方面的应用。为了提高壳聚糖在废水处理中的使用,对壳聚糖改性是一个重要的途径。

壳聚糖及其衍生物因其大分子链上具有能够形成各种分子内和分子间氢键作用力的羟基、氨基和n-乙酰氨基官能团,作为天然氢键型吸附剂对酚类物质会具有良好的吸附作用,加之具有资源丰富、价格便宜和安全无毒等优点,因此,开发和应用天然高分子壳聚糖吸附剂,加强壳聚糖及其衍生物对酚类物质的吸附机理和吸附性能的研究无疑具有重要的理论价值和实际意义。

工业含酚废水来源广泛，危害严重，目前国内外学者们都在积极寻求处理含酚废水的有效途径。含酚废水的常见处理方法有吸附法、溶剂萃取法、生物法和化学法，但是每种方法都有各自的优缺点，主要问题集中在含酚废水的处理效果以及成本上。壳聚糖（cts）是一种天然高分子化合物，其来源广泛、无毒无害、可生物降解，由于壳聚糖分子含有大量氨基，所以它对酚类物质具有一定的吸附作用，但是，壳聚糖在酸性介质中不稳定，易水解流失，这使得壳聚糖作为吸附剂的应用受到较大的限制。

2. 国内外研究现状分析

二、国内研究进展

1.壳聚糖颗粒制备及改性的研究进展

壳聚糖的化学性质研究，内容十分广泛，是认识壳聚糖的本质、开发产品的重要基础。研究壳聚糖的化学反应，有两个重要的目的：一是解决它在水中或有机溶剂中的溶解性，二是获得性能很好甚至是性能独特的产品。由于壳聚糖分子结构上含有-oh、-nh2、-nhcoch3，分子内、分子间含有氢键及分子链结构刚硬，使得壳聚糖材料结构致密，溶解性较差，需要对其进行结构修饰，改变或破坏原有分子的晶体结构，或引入、改变其分子基团，改善其溶解性，从而拓宽它们的应用范围，因而制备各种改性壳聚糖的研究已成为壳聚糖开发与研究的重要内容之一（巫拱生等，1993；陈天等，1989；张伟等，1998；王爱勤等，1998；陈燕燕等，1996）。目前，已有研究报道的壳聚糖的化学改性方法主要有酰化反应、羧基化反应、醚化反应、希夫碱反应、n-烷基化反应、接枝共聚、酯化反应、水解反应、氧化反应、重氮化反应（夏文水等，1994；sashiwah等，1991）以及成盐（kuritak.等，1984）和螯合（季君晖等，2000）等反应。通过进行一系列的化学改性，制成各种各样的衍生物，相应的这些衍生物会有许多新用途，从而极大地丰富了甲壳素和壳聚糖的研究内容。

3. 研究的基本内容与计划

4.1采用传统工艺制备改性壳聚糖，反应时间长，制备过程复杂，需用异丙醇、丙酮等多种有机溶剂，这不仅不利于产品提纯，还需要增设回收设备，加大了改性壳聚糖生产成本。本实验选用微波法水/醇媒介改性壳聚糖，工艺简化，反应快，产品质量好。选用天然醛作为改性壳聚糖的修复物。芳香醛代表物：香草醛，分子式c8h8o3，分子量152.14，学名3-甲氧基-4-羟基苯甲醛，又称香兰素，属香料，广泛用于化妆香精，饮料和食品的增香剂，是无毒、环保醛。萜烯醛代表：柠檬醛，分子式c10h16o，分子量152.24，属萜类，化学名3,7-二甲基-2,6-辛二烯醛，分子式由两个异戊二烯单元构成，存在于枫茅油和山苍子油中，它低毒，用于合成维生素a和香料等。

4.2实验方法

4.2.1改性壳聚糖吸附剂的制备称取2g片状壳聚糖,溶入2%hac溶液中,充分搅拌,制成2%壳聚糖醋酸溶液,静置脱泡,用微量进样器注入到100ml凝结液,制备颗粒均匀、形状规整的白色球形壳聚糖颗粒,粒径约2mm,水洗至中性,湿态保存。称取球形壳聚糖颗粒,依次加入一定量柠檬醛95%乙醇溶液,振摇均匀后,杯内充入氮气氛围保护,将反应器置入微波炉,外加水浴保护装置,同时腔内放高沸点的化合物(加负载,保护磁控管),微波中档反应3min后,冷却、过滤,再用10%nabh4水溶液还原,水洗至中性,乙醇索氏提取器纯化24h,最后蒸馏水洗涤至无乙醇味,备用。

4. 研究创新点

1．采用传统工艺改性壳聚糖，反应时间长，制备过程复杂，需用异丙醇、丙酮等多种有机溶剂，这不仅不利于产品提纯，还需要增设回收设备，加大了改性壳聚糖生产成本。本实验首次用微波辐射及水/醇混合反应溶剂的方法采用柠檬醛化学修饰壳聚糖，工艺简单，快速，产品质量好。

2．本实验以粉末壳聚糖为原料，经物理/化学改性制备一种新型天然的吸附剂颗粒。这种颗粒态吸附剂在水中稳定性强，可应用于固定床。本实验首次采用连续化处理方法治理含酚废水。