摘 要

随着科技的飞速发展，如何有效的处理废水以达到保护环境的目的，已经成为现在研究的重中之重，本文采用吸附法处理废水。以海藻酸钠（Sodium alginate，SA）为原料，主要以碳酸钙和葡萄糖酸内酯作为交联剂，同时实验了另一种用环氧氯丙烷为交联剂，与羧甲基纤维素钠（Carboxymethyl cellulose，CMC）复合，制备海藻酸钠基高分子水凝胶：SA-CMC水凝胶。

本论文主要研究了海藻酸钠复合羧甲基纤维素钠获得的水凝胶对铜离子以及亚甲基蓝的吸附性能，探讨了SA-CMC水凝胶制备过程当中海藻酸钠和羧甲基纤维素钠的复合比、交联剂的种类、交联剂的用量的变化对SA-CMC水凝胶吸附性能的影响。探究了在吸附过程当中吸附剂的用量、亚甲基蓝初始浓度、初始pH值、吸附时间对SA-CMC水凝胶吸附结果的影响。

研究结果表明：以SA与CMC质量比为1∶1，只以碳酸钙和葡萄糖酸内酯作为交联剂，加入交联剂的量为0.3g时得到的SA-CMC水凝胶吸附性能最好。并且在加入0.05g吸附剂，亚甲基蓝初始浓度为200mg/L，初始pH为7.7，温度25℃的条件下，SA-CMC水凝胶对亚甲基蓝溶液的吸附性能最佳。

本文的特色：虽然都是运用钙离子交联的方式交联，但是本文用碳酸钙和葡萄糖酸内酯代替常用的用氯化钙交联的方式，得到的是水凝胶。所得到的SA-CMC水凝胶对废水中的金属铜离子和亚甲基蓝都有比较好的吸附效果。

关键词：海藻酸钠；羧甲基纤维素钠；吸附法；离子交联；亚甲基蓝

Abstract

With the rapid development of science and technology, how to effectively treat polluted water in order to achieve the purpose of protecting the environment has become the most important task of the current research. This paper adopts the adsorption method to treat polluted water. Using sodium alginate(SA) as a raw material, mainly using calcium carbonate and glucono-δ-lactone as cross-linking agents, another compound with chloromethylcellulose sodium (CMC) was tried with epichlorohydrin as a cross-linking agent. Preparation of sodium alginate-based polymer hydrogel: SA-CMC hydrogel.

In this dissertation, the adsorption properties of copper ions and methylene blue dye ions by hydrogels derived from sodium alginate and sodium carboxymethyl cellulose were investigated. The sodium alginate and carboxymethyl cellulose fibers in the preparation of SA-CMC hydrogels were investigated. The effect of the composite ratio of sodium salicylate, the type of cross-linking agent, and the amount of cross-linking agent on the adsorption performance of SA-CMC hydrogels. The effects of adsorbent dosage, initial concentration of methylene blue, initial pH, and adsorption time on the adsorption of SA-CMC hydrogel were investigated.

The results of the study showed that the mass ratio of sodium alginate to sodium carboxymethylcellulose was 1:1, and calcium carbonate and glucono-lactone were used as cross-linking agents only. The CMC hydrogel has the best adsorption performance. And the addition of 0.05g adsorbent, the initial concentration of methylene blue 200mg / L, the initial pH of 7.7, the temperature of 25 °C under the conditions of SA-CMC hydrogel adsorption of methylene blue solution best performance.

Features of this article: Although calcium cross-linking is used for cross-linking, calcium carbonate and gluconolactone are used in this paper instead of the commonly used calcium chloride cross-linking method to obtain a hydrogel. The obtained SA-CMC hydrogel has a better adsorption effect on the metal copper ions and methylene blue dye ions in the polluted water.

Key Words：Sodium alginate；Sodium carboxymethyl cellulose；Adsorption method；Ion crosslinking；Methylene blue dye

目录

第1章 绪论 1

1.1 染料废水及重金属废水的危害 1

1.1.1 染料废水的危害 1

1.1.2 重金属废水的危害 1

1.2 处理污水常用的方法 1

1.2.1 生物法 1

1.2.2 化学法 2

1.2.3 物理法 2

1.3 常用的吸附剂 3

1.4 海藻酸钠 3

1.4.1 海藻酸钠的结构与性质 3

1.4.2 海藻酸钠的应用 3

1.5 海藻酸钠复合材料 4

1.6 本课题研究的目的、内容及思路 5

1.6.1 本课题研究的目的 5

1.6.2 本课题的主要内容 5

1.6.3 本课题的研究思路 5

第2章 实验部分 6

2.1 实验材料 6

2.2 实验主要仪器 6

2.3 实验材料的制备 6

2.4 吸附剂的表征 7

2.4.1 傅里叶红外光谱图(FT-IR)测试 7

2.4.2 扫描电子显微镜(SEM)测试 8

2.5 SA-CMC水凝胶对铜离子的吸附实验 8

2.6 SA-CMC水凝胶对亚甲基蓝的吸附性能 8

2.6.1 亚甲基蓝标准曲线的测定 8

2.6.2 吸附剂复合比的确定 9

2.6.3 吸附条件对SA-CMC水凝胶吸附性能的测定 9

第3章 实验结果与讨论 10

3.1 吸附剂的表征 10

3.1.1 傅里叶红外光谱图(FT-IR)分析 10

3.1.2 扫描电子显微镜(SEM)分析 11

3.2 SA-CMC水凝胶对铜离子的吸附性能 11

3.3 SA-CMC水凝胶吸附亚甲基蓝的吸附性能 13

3.3.1 亚甲基蓝标准曲线 13

3.3.2 SA与CMC复合比对水凝胶吸附性能的影响 14

3.3.3 钙离子交联剂的用量对水凝胶吸附性能的影响 15

3.3.4 吸附条件对SA-CMC水凝胶吸附性能的影响 17

第4章 结论 22

参考文献 23

致 谢 25

第1章 绪论

随着经济的高速发展，保护环境与经济的进步仿佛成为了对立面。固然现如今越来越多的人、企业开始注重环境的保护。但纺织、印染等生产中对染料的使用也在不断增加，产生的大量染料污水，金属电镀设备，油漆，涂料，造纸行业，化妆品和农药等行业的发展，直接或间接的也产生了大量的重金属废水^[1]。对本已经不多的水资源和地球的生态环境产生了较大的压力，因此怎么有效的处理废水中的染料污染和重金属污染的问题，已经成为环境保护的重中之重。

1.1 染料废水及重金属废水的危害

1.1.1 染料废水的危害

染料废水如果不经过处理就随意排放的话，不仅会破坏环境污染水资源，影响水生动植物的生长，如果人类吸收到了过多的染料废水中的有机染料，还会伤害到人的肝脏、消化功能和中枢神经系统^[2]。比如亚甲基蓝就因为其良好的实用性，色度差就经常作为阳离子染料。但由于其分子结构十分稳定，难分解，处理有一定的难度。因此如何有效的处理这问题也引起了普遍的研究。

1.1.2 重金属废水的危害

重金属废水中主要含有铅(Pb)、锌(Zn)、铜(Cu)、汞(Hg)等金属离子。铅具有毒性和不可降解性，因此随意排放含铅的废水，铅很容易在生物体内累积并随着生物链传递，最终受到伤害的还是人类自己^[3]。

废水中的铜主要来源于铜矿的冶炼，电镀等。铜虽然是人类必需的微量元素之一，对人类的生长有着重要的作用。但是过多的铜也会对人体的健康造成伤害，损害肝脏促使肝硬化等等^[4]。

1.2 处理污水常用的方法

工厂生产过程中产生的废水必须经由一系列的处理才能排放。对污水进行处理的方式依照其机理大概可以分为三类：生物法，物理法以及化学法。

1.2.1 生物法

生物法主要是用于处理染料废水。其主要原理就是通过不同种类的微生物比如白腐菌、铜绿假单胞菌菌株等的新陈代谢来降解染料污染物，使其转换成无害的物质^[5]。虽然生物法具有成本低，对环境的污染少的优点，但是微生物对染料降解的过程比较复杂，对环境的温度，pH有较高的要求。

1.2.2 化学法

化学法便是经过一系列的化学反应将污染物分离或除去。主要可以分为电化学法^[6]，离子交换法^[7]，化学混凝法^[8]等方法。