摘 要

随着印染行业的快速发展，越来越多未经有效处理的染料废水排入到自然水体中，因此寻求一种经济环保且能够有效脱除色度和难降解有机物的技术，现已成为研究者们关注的重点。在众多的处理方法中，吸附法因具有成本低、操作简捷等优点，尤其适用于成分复杂且生物难降解的印染废水处理。

其中，碳纳米管作为一种吸附剂，本身具备高比表面积，壳聚糖来源经济、无毒，同时具备生物可降解性、生物相容性和可再生性。因此，本文以碳纳米管和壳聚糖作为原料，利用表面沉积交联法制备壳聚糖/碳纳米管复合材料（CS/CNTs）并进行罗丹明B的吸附实验，壳聚糖做对比实验，采用SEM、XRD和FTIR技术分析手段对CS/CNTs复合材料进行表征，探讨初始pH、污染物浓度、吸附剂剂量、反应温度、反应时间对RhB吸附效果的影响，找出最佳工况从而得出CS/CNTs复合材料的最大饱和吸附容量。实验结果表明，CS/CNTs复合材料的吸附性能良好，明显优于壳聚糖的吸附性能，并且得出结论，CS/CNTs复合材料吸附RhB的最佳吸附条件：罗丹明B溶液pH=4（0.2），溶液浓度400 mg/L，复合材料投加量为 5 mg，反应温度25 ℃，反应时间12 h，此时CS/CNTs复合材料对RhB的最大饱和吸附容量为858.00 mg/g，其中污染物浓度对其吸附容量的影响最大，同时也印证了这种复合材料将是极具应用前景的材料。

关键词：印染废水 碳纳米管 壳聚糖 复合材料

Preparation of Carbon Nanotubes Composites and Adsorption of Rhodamine B Abstract

With the rapid development of printing and dyeing industry, more and more dye wastewater without effective treatment is discharged into natural. Therefore, it has become the focus of researchers to seek an economic and environmental protection technology that can effectively remove chromaticity and refractory organic matter. Among the various treatment methods, the adsorption method is especially suitable for the treatment of printing and dyeing wastewater with complex components and difficult biodegradation due to its advantages of low cost and simple operation.

As an adsorbent, carbon nanotubes possess high specific surface area, economic and non-toxic chitosan sources, biodegradability, biocompatibility and reproducibility. Therefore, in this paper, chitosan/carbon nanotube composites (CS/CNTs) were prepared by surface deposition cross-linking method with carbon nanotubes and chitosan as raw materials, and the adsorption experiment of RhB was carried out, and the chitosan was compared. The CS/CNTs composite was characterized by SEM, XRD and FTIR techniques, and the effects of initial pH, pollutant concentration, adsorbent dose, reaction temperature and reaction time on the adsorption effect of RhB were discussed, so as to find out the best conditions and obtain the maximum saturated adsorption capacity of CS/CNTs composite. The experimental results showed that the adsorption of CS/CNTs composite material was good, and it was significantly better than the adsorption of chitosan. The best adsorption conditions of CS/CNTs composite materials for RhB were obtained ：The pollutant concentration was 400mg/L, the adsorbent dose is 5mg/L, the solution pH=4(0.2), the reaction temperature is 25°C, and the reaction time is 12h. At this time, the maximum saturated adsorption capacity of the CS/CNTs composite to RhB is 858.00mg/g, The pollutant concentration has the greatest influence on the adsorption capacity, which also proves that this composite material will be a promising material.

Key Words: Dyeing Wastewater;Carbon nanotubes;Chitosan;Composites

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2碳纳米管 2

1.2.1碳纳米管的结构与应用 2

1.2.2碳纳米管的改性 2

1.3壳聚糖 3

1.3.1壳聚糖的结构与改性 3

1.3.2壳聚糖基复合材料在处理印染废水方面的研究 3

1.4本论文的选题思路与主要研究内容 4

第二章 实验部分 5

2.1 CS/CNTs材料的制备 5

2.1.1实验试剂 5

2.1.2实验仪器 5

2.1.3预实验 6

2.1.4材料制备 7

2.2 CS/CNTs材料对罗丹明B的吸附性探究实验 8

2.2.1实验试剂 8

2.2.2实验仪器 8

2.2.3吸附实验 9

第三章 实验结果及讨论分析 12

3.1 CS/CNTs材料形貌结构表征 12

3.1.1 CS/CNTs材料电镜图 12

3.1.2 CS/CNTs材料XRD图 13

3.1.3 CS/CNTs材料FTIR图 14

3.2影响因素数据分析 15

3.2.1初始pH对CS/CNTs复合材料吸附RhB影响 15

3.2.2污染物浓度对CS/CNTs复合材料吸附RhB影响 16

3.2.3吸附剂剂量对CS/CNTs复合材料吸附RhB影响 17

3.2.4反应时间对CS/CNTs复合材料吸附RhB影响 18

3.2.5反应温度对CS/CNTs复合材料吸附RhB影响 19

第四章 结论与展望 20

参考文献 21

致谢 23

第一章 绪论

1.1引言

目前，工业废水的排放造成了一系列环境问题，且大部分具有易致癌性，易致畸形性以及毒性^[1,3]。印染废水已成为现阶段最主要的具有威胁性的工业废水污染源之一，据不完全统计，我国每年排入水环境中的印染废水在工业废水总排放量中占有很大比例，约有7.25×10⁸ m^{3 [2]}。如果印染废水未经有效处理直接排放至水体，将对水环境中存在的生物产生巨大威胁并且对生态环境造成严重伤害^[4]。

印染废水通常水量大且具备有机污染物浓度高、难降解、可生化性较差、色度深（有时可达4000倍以上）、碱度大等特点^[2,6]。近年来，随着化工企业的发展，化学纤维织物、仿真丝逐渐出现在人们的视野中，物质生活丰富的同时也存在着印染后处理技术的不足，大量未经有效处理的印染废水直接排入水环境中。排出的印染废水中出现了大量的难生化降解有机物，比如PVA浆料，这些难处理的有机物导致印染废水的COD骤然增大，大约增长到过去的10倍以上^[8]。在这样的情况下，原有的生物处理系统对于COD的去除则显得力不从心，导致环境恶化。显然，随着各方面的改进与发展，传统的处理印染废水的生物治理法也遇到了瓶颈，好比传统的沉淀法、气浮法处理印染废水的效果就不理想，其中对COD的去除率只能够到达30%左右，所以现在看来这些传统的治理手段并不能切实有效地解决或者缓解印染废水治理问题^[4]。

因此，寻求一种经济环保且能够有效脱除色度、分解难降解有机物的高效处理印染废水的技术，现已成为科学家和研究者们的关注重点，同时也是当今环境保护的一大难题。而我们研发出新型吸附材料或者开发出能够及时解决印染废水高色度问题的方法技术显得格外迫切。为了实现高效处理废水的目标，相关领域的研究者们已经投身于研发高效的化学助剂^[3,7]。我们发现近年来对于印染废水的处理，物理吸附法备受青睐。物理吸附对于处理印染污水来说是一种很好的技术手段^[3]。吸附剂决定了吸附法处理印染废水的效果。吸附剂通常都具备比表面积大和多孔结构的特点，利用其表面活性基团和被吸附物质间产生的相互作用，吸附剂能够捕捉水中的污染物，这样的水处理过程称为吸附法^[5]。吸附法不仅可以有效脱色，而且可以吸附重金属离子、去除废水中不能轻易地被化学和生物法处理的物质^[5]。吸附法还具备高效、经济性和简易操作的特点，另外，吸附剂成本低廉，而且在其应用之前不需要进一步的处理，方法操作简捷^[2]。因此，吸附法特别适合处理成分愈来愈复杂的印染废水。

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