凹土壳聚糖复合材料用于突发事故应急的工程分析
在现如今经济迅速发展的时代，工业污染不可避免，人们生活以及各种中小企业运作将会派出大量的污废水，废水中含各种有毒重金属离子。本文重点研究了凹土/壳聚糖复合树脂材料对废水中铬（Ⅵ）离子的吸附能力，并与空白壳聚糖树脂与活性炭做对比，发现空白壳聚糖树脂最佳吸附pH为3.0，而凹土/壳聚糖复合树脂吸附最佳pH为6.0；在去除率上，凹土/壳聚糖复合树脂与活性炭差别不大；本文还研究了铬（Ⅵ）离子溶液pH、接触时间、初始浓度三个因素对凹土/壳聚糖复合树脂去除铬（Ⅵ）离子的影响，对试验后数据进行拟合，符合Langmuir平衡吸附模型，符合准一级动力学模型。得到凹土/壳聚糖复合树脂的最佳吸附条件为：pH=6.0，平衡吸附时间<1h。关键词 壳聚糖，凹土，吸附，六价铬离子 目 录
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 国内外研究现状 3
1.3 研究内容 4
1.4 研究方法与思路 5
2 材料与方法 6
2.1 仪器与药品 6
2.2 实验方法 6
2.3 复合树脂物理参数 7
2.4 吸附容量的测定 9
2.5 静态吸附实验 9
2.6 活性炭吸附铬（Ⅵ）离子（对照） 10
2.7 凹土/壳聚糖复合树脂平衡吸附等温模型 11
2.8 凹土/壳聚糖复合树脂吸附动力学研究 11
3 结果与讨论 13
3.1 复合树脂微观结构 13
3.2 复合树脂物理参数分析 14
3.3 活性炭吸附铬（Ⅵ）离子实验 15
3.4 静态吸附实验结果 16
3.5 平衡吸附等温模型 20
3.6 吸附动力学研究 22
结 论 25
致 谢 26
参考文献 27
1 绪论
近年来，随着现代科学技术的迅猛发展，对材料性能提出越来越高、越来越严和越来越多的要求，在许多方面，传统的单一材料已经不能满足实际需要，这促使人们对材料的研究逐步摆脱过去单纯依靠经验的摸索方法，而是朝着按预定性能 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
温模型 20
3.6 吸附动力学研究 22
结 论 25
致 谢 26
参考文献 27
1 绪论
近年来，随着现代科学技术的迅猛发展，对材料性能提出越来越高、越来越严和越来越多的要求，在许多方面，传统的单一材料已经不能满足实际需要，这促使人们对材料的研究逐步摆脱过去单纯依靠经验的摸索方法，而是朝着按预定性能设计新材料的研究方向发展。过去人类经过数百年的努力，才懂得采用两种以上的材料复合在一起，获得更优异的新材料。
壳聚糖是甲壳素经脱乙酰基作用后的产物，是地球上第二大天然有机高分子聚合物，被誉为是继无机盐、糖类、脂肪、蛋白质和维生素之后的第六生命要素。壳聚糖资源丰富，具有许多天然优良的性能，如吸附性、抗菌性、生物相容性、生物可降解性、反应活性等，且无毒害作用，对环境无污染，因此在食品、医药、纺织、农业及环保等领域得到广泛应用。
目前，对壳聚糖的研究主要集中在对其进行化学修饰或将其与其他材料复合，制备具有不同性能和不同用途的壳聚糖衍生物或壳聚糖复合材料两个方面。将壳聚糖与其他材料复合制备具有特定性能的复合材料已成为目前的研究热点，尤其是将其与资源丰富、价格低廉的黏土等无机材料复合制备复合材料，应用与水处理、药物缓释载体等领域的研究一直是人们关注的焦点。现有的研究中较多的是壳聚糖与蒙脱土复合，报道中作为水处理剂的壳聚糖/蒙脱土复合物多为粉体，易流失、不可再生利用。而对壳聚糖与凹土复合制备树脂的研究还比较少，仅有的报道也是将其用于去除水体中重金属离子和染料的研究。
江苏省盱眙县作为全国最大的凹土存储地，其凹土存储量占全世界已探明凹土储量的 44%，占全国已探明凹土储量的73%，资源丰富，且品质优良。凹土独特的一维纳米棒晶结构和良好的表面活性使其不仅具有较强的吸附性能和良好的离子交换能力，而且可以在微米填充和纳米增强两个水平上与高分子聚合物进行功能复合，是良好的补(增)强材料。在改善壳聚糖机械性能，弥补壳聚糖的不足以提高其应用价值方面具有广阔的发展前景。
1.1 课题研究背景
这些年来，我国接连发生多起突发性水污染事件，事件频率以及其带来的危害也在逐年上升，这给居民的饮水安全带来了严重隐患。如2005年吉林市中石油化工公司双苯厂发生爆炸事故，事故后产生主要污染物苯、苯胺和硝基苯等有机物，以及事故区域派出的污水排入松花江，超标的污染物硝基苯和苯，会对人们的生存环境造成破坏和污染，造成重大污染事件。此次事件导致黑龙江省哈尔滨市和相关地区的约350万居民无法使用自来水；又如2010年福建紫金矿业紫金山铜矿湿法厂发生铜酸水渗漏事故，由暴雨导致的厂区地下水位抬深，局部垫底粘土被掏空，导致污水池防渗底垫开裂，含铜酸水通过污水池下方排洪洞口流入汀江，导致汀江鱼大量死亡。理论上汀江水经过一段时间的治理后pH值和含铜量会恢复到国家三级标准以内，即应用谁最低标准。这种重大环境事故造成的影响虽然从宏观上来看不会对人类有直接的危害，但从长期角度来看残留在环境中的污染还是会潜移默化地危害到人类；2011年8月，云南曲靖陆良化工实业有限公司将5222.38吨重毒化工废料铬渣非法倾倒，导致珠江源头南盘江附近水质受到严重污染，堆过废渣的地方寸草不生，满目疮痍，在周围农村及山区留下长期生态风险。在随后的处理过程中，曲靖市麒麟区境内清理铬渣及受污染泥土9130吨，可见其影响甚为严重。2014年4月的兰州水污染事件，就能直接证明残留在环境中的各类重毒污染是多么可怕；兰州水污染事件的自来水的苯超标来源是含油污水，而这油污主要是来自兰州石化1987年和2002年两次爆炸事故：一次是原兰化公司原料动力厂原油蒸馏车间R205A#渣油罐，曾于1987年12月发生物理爆炸事故，罐体破裂造成90m3渣油泄出，其中有34吨渣油跑料未能回收，渗入地下。二是原兰化公司原料动力厂原油蒸馏车间泵B-113出口总管曾于2002年4月发生开裂着火，泄露的渣油未统计，包括灭火所用的消防污水一并渗入地下，直至今日。那时留下的污染在进30年间仍有残留，检测仍然不能达标，能想象这30年生活在这片土地上的人们受到了怎样的污染，其范围之大，危害之深，残留时间长等等特性，迫使我们拿出快速有效的处理材料，以最大限度处理这些大危害的紧急事故。
突发性水污染的处理不同于其他进水处理，因为突发性水污染事件具有极强的不可预测性、污染物多样性，且污染范围可能无限扩大，在处理时应当更注重处理时间及处理效果，其次才是经济问题。
针对突发性水污染事件中不同类型的污染物选择不同的处理方式。
悬浮颗粒物：污水中的污水中无机颗粒和大尺度的有机颗粒靠自然沉淀作用就可以去除，小尺度的有机颗粒靠微生物的降解作用去除，而小尺度的无机颗粒（包括尺度大小在胶体和亚胶体范围内的无机颗粒）则要靠活性污泥絮体的吸附、网络作用，与活性污泥絮体同时沉淀被去除。
生物污染：可以采用氧化灭活澄清等方法；
重金属污染物和一般无机有毒的有害物质：可采用吸附、化学沉淀、离子交换等方法去除。
对于吸附材料在这个科学技术爆棚、污染物越来越顽固的时代，传统的单一材料已经不能满足实际的应用需要，这促使我们摸索更有用的方法。经过人们百余年的努力，人们终于懂得采用两种或
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 国内外研究现状 3
1.3 研究内容 4
1.4 研究方法与思路 5
2 材料与方法 6
2.1 仪器与药品 6
2.2 实验方法 6
2.3 复合树脂物理参数 7
2.4 吸附容量的测定 9
2.5 静态吸附实验 9
2.6 活性炭吸附铬（Ⅵ）离子（对照） 10
2.7 凹土/壳聚糖复合树脂平衡吸附等温模型 11
2.8 凹土/壳聚糖复合树脂吸附动力学研究 11
3 结果与讨论 13
3.1 复合树脂微观结构 13
3.2 复合树脂物理参数分析 14
3.3 活性炭吸附铬（Ⅵ）离子实验 15
3.4 静态吸附实验结果 16
3.5 平衡吸附等温模型 20
3.6 吸附动力学研究 22
结 论 25
致 谢 26
参考文献 27
1 绪论
近年来，随着现代科学技术的迅猛发展，对材料性能提出越来越高、越来越严和越来越多的要求，在许多方面，传统的单一材料已经不能满足实际需要，这促使人们对材料的研究逐步摆脱过去单纯依靠经验的摸索方法，而是朝着按预定性能 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: 3 5 1 9 1 6 0 7 2
温模型 20
3.6 吸附动力学研究 22
结 论 25
致 谢 26
参考文献 27
1 绪论
近年来，随着现代科学技术的迅猛发展，对材料性能提出越来越高、越来越严和越来越多的要求，在许多方面，传统的单一材料已经不能满足实际需要，这促使人们对材料的研究逐步摆脱过去单纯依靠经验的摸索方法，而是朝着按预定性能设计新材料的研究方向发展。过去人类经过数百年的努力，才懂得采用两种以上的材料复合在一起，获得更优异的新材料。
壳聚糖是甲壳素经脱乙酰基作用后的产物，是地球上第二大天然有机高分子聚合物，被誉为是继无机盐、糖类、脂肪、蛋白质和维生素之后的第六生命要素。壳聚糖资源丰富，具有许多天然优良的性能，如吸附性、抗菌性、生物相容性、生物可降解性、反应活性等，且无毒害作用，对环境无污染，因此在食品、医药、纺织、农业及环保等领域得到广泛应用。
目前，对壳聚糖的研究主要集中在对其进行化学修饰或将其与其他材料复合，制备具有不同性能和不同用途的壳聚糖衍生物或壳聚糖复合材料两个方面。将壳聚糖与其他材料复合制备具有特定性能的复合材料已成为目前的研究热点，尤其是将其与资源丰富、价格低廉的黏土等无机材料复合制备复合材料，应用与水处理、药物缓释载体等领域的研究一直是人们关注的焦点。现有的研究中较多的是壳聚糖与蒙脱土复合，报道中作为水处理剂的壳聚糖/蒙脱土复合物多为粉体，易流失、不可再生利用。而对壳聚糖与凹土复合制备树脂的研究还比较少，仅有的报道也是将其用于去除水体中重金属离子和染料的研究。
江苏省盱眙县作为全国最大的凹土存储地，其凹土存储量占全世界已探明凹土储量的 44%，占全国已探明凹土储量的73%，资源丰富，且品质优良。凹土独特的一维纳米棒晶结构和良好的表面活性使其不仅具有较强的吸附性能和良好的离子交换能力，而且可以在微米填充和纳米增强两个水平上与高分子聚合物进行功能复合，是良好的补(增)强材料。在改善壳聚糖机械性能，弥补壳聚糖的不足以提高其应用价值方面具有广阔的发展前景。
1.1 课题研究背景
这些年来，我国接连发生多起突发性水污染事件，事件频率以及其带来的危害也在逐年上升，这给居民的饮水安全带来了严重隐患。如2005年吉林市中石油化工公司双苯厂发生爆炸事故，事故后产生主要污染物苯、苯胺和硝基苯等有机物，以及事故区域派出的污水排入松花江，超标的污染物硝基苯和苯，会对人们的生存环境造成破坏和污染，造成重大污染事件。此次事件导致黑龙江省哈尔滨市和相关地区的约350万居民无法使用自来水；又如2010年福建紫金矿业紫金山铜矿湿法厂发生铜酸水渗漏事故，由暴雨导致的厂区地下水位抬深，局部垫底粘土被掏空，导致污水池防渗底垫开裂，含铜酸水通过污水池下方排洪洞口流入汀江，导致汀江鱼大量死亡。理论上汀江水经过一段时间的治理后pH值和含铜量会恢复到国家三级标准以内，即应用谁最低标准。这种重大环境事故造成的影响虽然从宏观上来看不会对人类有直接的危害，但从长期角度来看残留在环境中的污染还是会潜移默化地危害到人类；2011年8月，云南曲靖陆良化工实业有限公司将5222.38吨重毒化工废料铬渣非法倾倒，导致珠江源头南盘江附近水质受到严重污染，堆过废渣的地方寸草不生，满目疮痍，在周围农村及山区留下长期生态风险。在随后的处理过程中，曲靖市麒麟区境内清理铬渣及受污染泥土9130吨，可见其影响甚为严重。2014年4月的兰州水污染事件，就能直接证明残留在环境中的各类重毒污染是多么可怕；兰州水污染事件的自来水的苯超标来源是含油污水，而这油污主要是来自兰州石化1987年和2002年两次爆炸事故：一次是原兰化公司原料动力厂原油蒸馏车间R205A#渣油罐，曾于1987年12月发生物理爆炸事故，罐体破裂造成90m3渣油泄出，其中有34吨渣油跑料未能回收，渗入地下。二是原兰化公司原料动力厂原油蒸馏车间泵B-113出口总管曾于2002年4月发生开裂着火，泄露的渣油未统计，包括灭火所用的消防污水一并渗入地下，直至今日。那时留下的污染在进30年间仍有残留，检测仍然不能达标，能想象这30年生活在这片土地上的人们受到了怎样的污染，其范围之大，危害之深，残留时间长等等特性，迫使我们拿出快速有效的处理材料，以最大限度处理这些大危害的紧急事故。
突发性水污染的处理不同于其他进水处理，因为突发性水污染事件具有极强的不可预测性、污染物多样性，且污染范围可能无限扩大，在处理时应当更注重处理时间及处理效果，其次才是经济问题。
针对突发性水污染事件中不同类型的污染物选择不同的处理方式。
悬浮颗粒物：污水中的污水中无机颗粒和大尺度的有机颗粒靠自然沉淀作用就可以去除，小尺度的有机颗粒靠微生物的降解作用去除，而小尺度的无机颗粒（包括尺度大小在胶体和亚胶体范围内的无机颗粒）则要靠活性污泥絮体的吸附、网络作用，与活性污泥絮体同时沉淀被去除。
生物污染：可以采用氧化灭活澄清等方法；
重金属污染物和一般无机有毒的有害物质：可采用吸附、化学沉淀、离子交换等方法去除。
对于吸附材料在这个科学技术爆棚、污染物越来越顽固的时代，传统的单一材料已经不能满足实际的应用需要，这促使我们摸索更有用的方法。经过人们百余年的努力，人们终于懂得采用两种或
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