生物工程专业毕业设计

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1、壳聚糖对碱性品绿溶液吸附性能的研究壳聚糖对碱性品绿溶液吸附性能的研究摘摘 要要本文研究了壳聚糖对模拟印染废水碱性品绿溶液的吸附性能。探讨了壳聚糖用量、介质的 pH 值、吸附温度、吸附时间、和染料浓度对吸附性能的影响，最终得到了壳聚糖对模拟染料废水碱性品绿的最佳吸附条件。结果表明：对于一定浓度的碱性品绿溶液，随着壳聚糖用量的增加，壳聚糖对碱性品绿溶液吸附性能逐渐减弱，在壳聚糖用量为 30mg 左右效果较好；介质的 pH 值在 6-8 的条件下，壳聚糖对碱性品绿溶液吸附性能较好；随着吸附时间的增长，吸附量不断增大最后达到平衡值，一般情况下都在180 分钟左右达到平衡，温度对吸附性能影响较小，在 2

2、5时吸附性能相对较好、脱色率最高；壳聚糖的吸附量随染料的浓度增大而逐渐增大。最终得到结论：壳聚糖用量在 30mg 左右，pH 值在 6-8 条件下，时间在 180 分钟左右，温度在 25下就有很好的吸附性能，脱色率在 90以上。关键词关键词：壳聚糖；碱性品绿溶液；吸附；分光光度法The study of the adsorption behavior of chitosan for Basic brilliant greenAbstractIn this paper, I study the activity of chitosan on Basic brilliant green solut

3、ion adsorption. Investigate the effects of chitosan dosage, medium pH values, adsorption temperature, adsorption time, and dye concentration on the adsorption properties.Has finally been activated chitosan on simulated Basic brilliant green the best adsorption conditions. The results showed that: Fo

4、r a certain concentration of Basic brilliant green Turquoise Blue solution.with the increasing amount of chitosan, chitosan on the Basic brilliant green turquoise blue solution gradually weakened adsorption. About the effect of chitosan dosage was 30mg a better. pH value in the 6-8 acidic condition,

5、 activity of chitosan on Basic brilliant green is better solution adsorption. With the increase of adsorption time, adsorption equilibrium value of the last growing. Under normal circumstances have 180 minutes to achieve a balance. Little effect of temperature on adsorption, adsorption at 25, the re

6、latively good performance, the highest decolorization rate; chitosan adsorption capacity increases with the concentration of dye increases. Final conclusion: the dosage of 30mg or so of chitosan, pH, conditions in the 6-8, time 180 minutes, the temperature at 25 It has a good adsorption, decolorizat

7、ion rate of more than 90%.Keyword：Chitosan; Basic brilliant green solution; adsorption; spectrophotometry目录目录摘摘 要要 .1引引 言言 .7第一章第一章 绪论绪论 .81.1 甲壳素、壳聚糖以及碱性品绿的结构及其理化性质.81.2 壳聚糖的应用.91.2.1 生物学方面的应用.91.2.2 医学方面的应用.101.2.3 纺织方面的应用.101.2.4 造纸工业方面的应用.101.2.5 工业方面的应用.101.2.6 环保方面的应用.111.2.7 在食品领域中的应用.111.3 目

8、前壳聚糖处理印染废水的研究状况.111.4 目前印染处理的方法.121.4.1 吸附脱色.121.4.2 絮凝脱色.121.4.3 氧化脱色.121.4.4 生物脱色.121.4.5 电化学法脱色.12第二章第二章 实验部分实验部分.132.1 主要实验试剂.132.2 主要实验仪器.132.3 实验原理.132.3.1 721 分光光度计的测定原理.132.3.2 壳聚糖对染料的吸附原理.142.3.3 壳聚糖处理染料吸附量的计算.142.4 实验内容.152.4.1 碱性品绿原始溶液的配制.152.4.2 实验方法.15第三章第三章 结果与讨论结果与讨论.173.1 分光光度法测量碱性品绿

9、的结果与讨论.173.1.1 确定最大波长.173.1.2 绘制工作曲线.183.2 壳聚糖对碱性品绿吸附性能的结果讨论和研究.193.2.1 脱乙酰度对吸附性能的影响.193.2.2 分子量对吸附性能的影响.203.2.3 壳聚糖的加入量对吸附性能的影响.213.2.4 介质的 pH 对吸附性能的影响.213.2.5 反应温度对吸附性能的影响.223.2.6 染料浓度对吸附性能的影响.233.2.7 正交试验.243.2.8 吸附的动力学研究.25结论与展望结论与展望.30表格清单表格清单表格 3-1 碱性品绿在不同波长下的吸光度 .17表格 3-2 碱性品绿不同浓度的吸光度 .18表格 3

10、-3 脱乙酰度对吸附性能的影响 .18表格 3-4 不同分子量的壳聚糖下的平衡吸附量 .19表格 3-5 壳聚糖的加入量对吸附性能的影响 .20表格 3-6 介质的 PH 对碱性品绿的吸附量 .20表格 3-7 反应温度对吸附性能的影响 .21表格 3-8 染料浓度对吸附性能的影响 .22表格 3-9 正交试验表格 .23表格 3-10 壳聚糖吸附不同浓度碱性品绿的相关数值 .24表格 3-11 LANGMUIR 方程和 FREUNDLICH 方程的拟合参数 .25表格 3-12 温度 25下壳聚糖对碱性品绿染料的一级拟合 .25表格 3-13 温度 25下壳聚糖对碱性品绿染料的二级拟合 .2

11、6表格 3-14 一级和二级拟合的相关参数 .27插图清单插图清单图 3-1 碱性品绿在不同波长下的吸光度 .17图 3-2 不同浓度的碱性品绿的吸光度 .18图 3-3 不同脱乙酰度下的壳聚糖的吸附量 .19图 3-4 不同分子量的壳聚糖下的平衡吸附量 .19图 3-5 壳聚糖的加入量对吸附性能的影响 .20图 3-6 不同介质溶液 PH 下的吸附量 .21图 3-7 反应温度对吸附性能的影响 .22图 3-8 染料浓度对吸附性能的影响 .23图 3-9 LANGMUIR 方程动力学拟合 .24图 3-10 FREUNDLICH 方程动力学拟合 .25图 3-11 温度 25下壳聚糖对碱性品

12、绿染料的一级拟合 .26图 3-12 温度 25下壳聚糖对碱性品绿染料的二级拟合 .27图 3-13 壳聚糖吸附 LNK-1/T 的动力学拟合图 .28引引 言言甲壳素在自然界中分布极广，广泛存在于甲壳动物外壳、植物及真菌类细胞壁中，自然界每年生物合成量约为 100 亿吨，是地球生物再生资源中继纤维素之后的第一大生物合成资源，亦是地球上数量最多的含氮天然有机化合物，其次才是蛋白质。因此，甲壳素作为一种功能性天然高分子化合物，有别于其他碳水化合物多糖，其化学名称为 -(1-4)-2-N-乙酞氨基-2-脱氧-D-葡聚糖，是由 2-N-乙酰氨基-2-脱氧-D-葡萄糖以 -1,4 糖苷键缩合而成的，分

13、子式为(C6H13NO5)n，甲壳素是呈白色或灰白色、半透明的无定形固体，大约在 270分解，几乎不溶于水、乙醇、乙醚、稀酸和稀碱。20 世纪 70 年代以前，甲壳素和壳聚糖的研究重心主要集中在欧美国家，1934 年在美国首次出现了关于它们的专利，并在 1941 年制备出了壳聚糖人造皮肤和手术缝合线。20 世纪 80 年代起，全世界范围内掀起了研究高潮。1986 年，美国科学家首次发现壳聚糖具有生理活性，1991 年，美国、欧洲医学界及其相关研究机构相继投入研究。一直以来，染料废水的治理都是化工环保行业关注的焦点之一。我国每年有近九亿多吨纺织工业废水排放，位居工业废水排行榜的第六名，印染废水具

14、有脱色困难，含有机物浓度高，COD（化学需氧量）难以降解等特点。由于我国印染工业多为小批量生产，大部分是间歇操作，废水为间断性排放，因而水质水量变化范围很大，且废水组分复杂、浓度高(CODcr 为 100010 万 mg/L)、色度深(50050 万倍)。所排放的废水中的有机组分大多以芳烃及杂环化合物为母体，并带有显色基团(如N=N-、-N=O)及极性基团(如-SO3Na、-OH、-NH2)，另外还含有较多的原料和副产品，如卤化物、硝基物、苯胺、酚类，以及无机盐如 NaCl, Na2SO4, Na2S等。由于染料生产品种多，并朝着抗光解、抗氧化、抗生物氧化方向发展，常规废水处理技术难以去除 并

15、造成二次污染。壳聚糖是一种天然高分子,是甲壳素的脱乙基产物,广泛存在于虾蟹和昆虫的外壳以及藻类的细胞壁中。自然界每年生物合成甲壳素可达十亿吨之多,壳聚糖作为絮凝剂分子,结构中含有大量的自由氨基和羟基,不但有高效絮凝的作用,而且无毒性，生物相容性，生物可降解性，抗菌性等，使它在作为吸附剂使用时具有一定的优越性利用。另外，由于壳聚糖特殊的结构，其对金属离子也有很好的吸附作用。用壳聚糖作为印染废水的吸附剂，不仅可以吸附废水中染料而且对废水中的有毒金属离子进行吸附，起到双重作用。我国从 1954 年开始研究甲壳素的制备及应用。1958 年国内首先将乙酰化甲壳素用于印染工业。近十几年来的研究发展十分迅速

16、。进入 90 年代以来，中国对甲壳素的研究也越来越重视，有众多的科研机构投入到该课题的研究中，并取得了不少成果。从1996 年到 2006 年分别在大连、武汉、浙江玉环、北海、南京召开了五届甲壳素化学与应用研讨会，研究范围涵盖甲壳素的基础研究，生物功能材料，医药保健品以及多功能材料的应用开发，已逐步形成一门新兴学科一甲壳素生物化学。我国已将有关甲壳素、壳聚糖研究项目列入高新技术研究和发展计划。有人预言，甲壳素将像塑料一样进入寻常百姓家，成为 21 世纪的支柱产业。第一章第一章 绪论绪论1.1 甲壳素、壳聚糖以及碱性品绿的结构及其理化性质甲壳素，又名甲壳质、壳多糖、几丁质、壳蛋白，是白色或灰白色

17、无定型、半透明固体，它的化学名称为 -（1-4）-2-乙酰氨基-2-脱氧-葡萄糖，是 N-乙酞基-D-葡胺糖通过 （1-4）糖苷键联结的直链状多糖。其结构式如图 1-1 所示，分子呈直链状，链上分布着许多 N-乙酞氨基、羟基，它们形成了大量的分子间和分子内氢键。甲壳素的这种结构使得它的相对分子质量高达数十万甚至数百万，溶解性极差，不溶于水、稀酸、稀碱及绝大部分溶剂，仅溶于甲磺酸、二氯乙酸、六氟异丙醇、六氟丙酮这些溶剂以及 5%氯化锂/二甲基乙酰胺(或 N-甲基-2-吡咯烷酮)、1,2-二氧乙烷/三氯乙酸(重量比 6.5:3.6)等混合溶剂体系。甲壳素的分子结构式为：OHHOHCH2OHOHHH

18、NHCCH3HOHOHCH2OHOHHHNHCCH3HOHOHCH2OHOHHHNHHOHOOHHHNHHCH2OHHOHCCH3OOCCH3OO图 1-1 甲壳素的分子结构示意图由于分子中强大的OHO型及一 OHN 一型氢键作用导致其既不熔化(加热到 473K 以上则开始分解)，也不溶解于水及稀酸、碱溶液和大多数有机试剂，这极大限制它的实际应用，也影响研究工作的深入开展。壳聚糖（chitosan）又名脱乙酰甲壳素、脱乙酰甲壳质、壳多糖、壳糖胺、甲壳胺、甲壳糖、氨基多糖、甲壳多聚糖、几丁聚糖，是甲壳素脱乙酰基后的产物，它是甲壳素最为重要的衍生物化学名称为 -（1-4）-2-氨基-2-脱氧-D-

19、葡萄糖，是一种天然的阳离子高分子多糖，它来源丰富，无毒无害，无污染，生物相容性及可降解性，已广泛应用于化工、食品、化妆品、环保及医药等诸多领域，与甲壳素相比，其溶解性能有所改善，但也只能溶于一些稀酸中，不能直接溶于水中，这在很大程度上限制了它的应用。 OHHOHHHCH2OHHNH2OHHHCH2OHOHHHNH2OOn图 1-2 壳聚糖的分子结构示意图纯品的壳聚糖是带有珍珠光泽的白色片状或粉末状固体，相对分子质量因原料不同而从数十万到数百万。因制备工艺条件和需求不同，脱乙酰度由 60%至 100%不等，壳聚糖脱乙酰度越高，相对稳定性越低，但机械强度增大，生物相容性增加，吸附作用增强。壳聚糖对

20、许多物质具有螯合吸附作用，其分子中的氨基和与氨基相邻的羟基与许多金属离子(如 Hg2+、Ni2+、Cu2+、Pb2+、Cd2+、Ag +等)能形成稳定的螯合物，用于治理重金属废水、净化自来水及在湿法冶金中分离金属离子等。此外，壳聚糖能通过络合及离子交换的作用，对染料、蛋白质、氨基酸、核酸、酶、卤素等进行吸附，用于染料废水、印染废水、食品工业废水的处理，从而净化环境，保护人类健康。碱性品绿的分子结构示意图：图 1-3 碱性品绿的分子结构图1.2 壳聚糖的应用壳聚糖是由甲壳素脱乙酰基得到的重要衍生物，甲壳素产量巨大，开发壳聚糖的前景广阔，这种资源极其丰富，有着重要研究价值和广泛应用前景的动物多糖已

21、经引起了越来越多的国内外学者的关注。科学家们曾预言：“21 世纪将是甲壳素世纪” 。1.2.1 生物学方面的应用壳聚糖是一种网状载体，具有机械性能良好、化学性质稳定、耐热性强等优点，特别是分子中存在的氨基易与蛋白质或酶结合，可络合金属离子，使酶免受金属离子的抑制，同时它又易于通过接枝而改性，因此是一种良好的蛋白质和酶的载体。现已成功地在壳聚糖上固定了碱性磷酸酶、酸性磷酸酶、淀粉酶、天冬氨酸酶、纤维素及半纤维素酶等；壳聚糖来自于生物体，细胞毒性极低、亲和性好、安全性高，是制造细胞培养用微载体的好材料，作为植物生理剂。壳聚糖可诱导植物组织产生甲壳素酶，从而阻碍植物病原菌的增殖；阳离子的壳聚糖溶液与

22、阴离子的藻酸溶液可相互作用形成不溶于水的生物膜，这种生物膜的相容性好，能渗透细胞产物。1.2.2 医学方面的应用壳聚糖具有促进血液凝固的作用，可用作止血剂，它还可用于伤口填料物质，具有灭菌、促进伤口愈合、吸收伤口渗出物、不易脱水收缩等作用；壳聚糖能被生物体内的溶菌酶降解生成天然的代谢物，具有无毒、能被生物体完全吸收的特点，因此用它作药物缓释剂具有较大的优越性；壳聚糖与磷酸钙的复合物可作为骨的替代物，用于骨的修补及牙的填料；壳聚糖衍生物与聚酯的复合材料可用作人造血管；壳聚糖具有激活补体系统、介导补体系统的系列生物学效应，提高吞噬细胞的系统功能。巨噬细胞表面存在着细菌多糖的受体，而壳聚糖作为细菌多

23、糖的类似物，能刺激巨噬细胞活化，产生如下反应：促进其吞噬功能，增强它在其它免疫应答中的协同效应，从而实现机体对 T 细胞、NK 细胞和 B 细胞的调节，介导机体的细胞免疫应答和体液免疫应答，因此，壳聚糖具有对机体的免疫调节作用；壳聚糖凝胶可作为牙抗菌素的载体，具有止血、消炎和伤口愈合的功能；可降低血清和肝脏中的胆固醇浓度，用作降胆固醇剂；壳聚糖能强化肝脏机能，防止由于过量饮酒引起的肝脏宿醉，并对残留在体内的重金属、毒素、农药、化学色素具有吸附和排泄的功效；壳聚糖能调节体内的 pH 值到弱碱性，提高胰岛素的利用率，有利于防治糖尿病；此外，它还具有调节内分泌系统的功能，使胰岛素分泌正常，抑制血糖升

24、高，降低血脂。1.2.3 纺织方面的应用壳聚糖具有广普抗菌性，对金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、枯草杆菌等多种细菌的生长都有明显的抑制作用，可用来对织物进行抗菌防霉整理；将壳聚糖溶于乙酸溶液中， 在一定工艺条件下对织物进行侵轧处理，可提高织物的抗折皱性能；由于壳聚糖与纤维素有相似的结构，很容易吸附到织物表面上，并且在稀酸溶液中，壳聚糖带有正电荷，可以提高阴离子染料上染速率和固色率，对日晒牢度及水洗牢度有所改善。1.2.4 造纸工业方面的应用壳聚糖在水溶液中具有一定的阳离子性和良好的成膜性，较好的渗透性及较稳定的抗水性，适合用作纸张的表面施胶剂；羧甲基壳聚糖溶液可用作纸浆的施胶剂，具有高的干、湿耐破度

25、和撕裂度，且表面光滑、书写流利，具有良好的印刷性能，不受紫外线照射而褪色；壳聚糖分子结构中有多个羟基和氨基，与纤维有足够的结合能力，所以，壳聚糖是一种理想的纸张增强剂；壳聚糖与乙酸等酸溶液配成水溶液，直接用作助留剂，具有明显的助留助滤效果。1.2.5 工业方面的应用由于壳聚糖具有良好的成膜性、选择性、透过性，可用于制备反渗透膜、超滤膜或微孔滤膜、食品保鲜膜；壳聚糖的水溶液粘度较高，无毒性，可作为增稠剂，在食品、饮料行业应用；在化妆品行业，可作为保湿剂、抗静电剂生产洗发香波和发型固定剂。此外，还可利用其粘合性、成膜性、耐水性较好的特点，在纺织工业上作为印花粘合剂。1.2.6 环保方面的应用壳聚糖

26、对许多物质具有螫合吸附作用，其分子中的氨基和与氨基相临的羟基与许多金属离子(如 Hg2+ 、Ni2+ 、Cu2+、pb2+ 、Ca2+ 、Ag+ 等)能形成稳定的螯合物，用于治理重金属废水、净化自来水及在湿法冶金中分离金属离子等。日本是最早利用壳聚糖治理废水的国家，每年用量达 500t；美国环保局也已批准将壳聚糖用于饮用水的纯化。此外，壳聚糖能通过络合及离子交换的作用，对染料、蛋白质、氨基酸、核酸、酶、卤素等进行吸附，用于染料废水、印染废水、食品工业废水的处理，从而净化环境，保护人类健康。1.2.7 在食品领域中的应用我国古代本草纲目中就有蟹壳具有破瘀消积的功能的记载。18 世纪美国印第安人用

27、龟壳治疗创伤，有促进伤口愈合作用。到本世纪 80 年代，壳聚糖的研究、开发、利用在日本兴起，其广泛应用于食品、农业、畜牧、医药、化妆品等许多领域。我国GB 3760食品添加剂使用卫生标准中规定甲壳素、壳聚糖作为增稠剂使用。近年来壳聚糖在食品领域中的应用研究十分活跃。壳聚糖具有优良的生理活性和功能保健作用，因此作为功能因子在保健食品中广泛应用；将其添加到食品中，可起到防腐保鲜作用，特别适用于酸性或低酸性食品保鲜；将壳聚糖的稀酸溶液或其衍生物 NOCC 的水溶液喷涂在果蔬或鲜肉制品的表面后成膜，该膜对 O2，CO2等气体有选择通透性，即隔氧透气的功能，抑制果蔬呼吸程度，达到保湿、护色、延长贮存的保

28、鲜作用；壳聚糖特别是分子量很低的甲壳低聚糖，由于极性基团的存在，对水有很高的亲和力和持水性，可以做为水分保持剂；食品功能成份及作为食品加工助剂等也都已开始应用于食品工业。1.3 目前壳聚糖处理印染废水的研究状况朱启忠等10利用壳聚糖处理印染废水红 3B、兰 2BG 和黄 3GE 得到在壳聚糖的投入量在红 3B 为 2%，兰 2BG 和黄 3GE 为 3%时，pH8.4 在碱性范围内，温度为 50效果最佳，可见壳聚糖高效的吸附性能，但是其研究得到在碱性范围内与 Smith 等11指出的在温度低、pH 值小、染料分子小、壳聚糖粒径小、接触时间长（或通过反应器的流速小） ，则壳聚糖去处污染物的效果较

29、好相矛盾，可能由于染料的性质不同所造成的。万春华等利用可再生壳聚糖处理印染废水，结果表明可再生壳聚糖对偶氮染料酸性铬兰钾的吸附比活性炭快得多，重复吸附 10 次后其吸附活性没有明显降低。国外也有研究者将壳聚糖制成多孔状，可重复使用至少 20 次可见壳聚糖吸附印染废水有着良好的重复性。易琼等通过交联和复合制备的壳聚糖树脂吸附剂（CS 吸附剂）和壳聚糖活性炭复合吸附剂（CS-AC 吸附剂）研究其对亚甲基蓝溶液和印染废水的吸附作用，结果表明 CS 和 CS-AC 吸附剂对亚甲基蓝溶液（500mg/L）的静态吸附量分别为 141.2mg/g和 835.1mg/g，对印染废水的动态吸附量分别为 126.

30、9 mg/g 和 201.9mg/g。可见，壳聚糖活性炭复合吸附剂有着非常好的吸附量。袁毅桦等从机理上探讨了利用壳聚糖处理广东省某针织漂染厂的印染废水。随着壳聚糖的脱乙酰度的增大，絮团形成的时间和沉降时间均明显减少，絮团大小和沉积层的厚度明显增大，并指出利用壳聚糖与无机絮凝剂使用比壳聚糖和无机絮凝剂单独使用效果要好的多。1.4 目前印染处理的方法1.4.1 吸附脱色脱色机制：借吸附剂的吸附作用来脱除染料分子。 常用吸附剂：包括可再生吸附剂如活性炭、离子交换纤维等和不可再生吸附剂如各种天然矿物(膨润土、硅藻土)、工业废料(煤渣、粉煤灰)及天然废料(锯屑)等。1.4.2 絮凝脱色脱色机制：以胶体化

31、学理论为基础。常用絮凝剂：以铁系、铝系、聚硅酸盐等为代表的无机絮凝剂和带长链的阳离子表面活性剂。 1.4.3 氧化脱色脱色机制：染料分子中发色基团的不饱和双键可被氧化断开、形成分子量较小的有机物或无机物，从而使染料失去发色能力。常用氧化剂：Fenton 试剂、臭氧、氯气、次氯酸钠等。 1.4.4 生物脱色脱色机制：利用微生物酶来氧化或还原染料分子，破坏其不饱和键及发色基团。常见方法：好氧生物工艺。 1.4.5 电化学法脱色脱色机制：通过电极反应使印染废水得到净化。常见方法：内电解法、电絮凝、电气浮法和电氧化法。毕业论文根据了上述资料，对模拟印染废水碱性品绿的吸附性能的研究。探讨了在不同脱乙酰度

32、的壳聚糖、不同壳聚糖的量、不同 PH、不同温度、不同吸附时间以及不同染料浓度，得到了壳聚糖对印染废水的最佳吸附条件。为壳聚糖在工业废水处理的应用和设计最佳工艺条件提供了理论的依据。第二章第二章 实验部分实验部分2.1 主要实验试剂壳聚糖 脱已酰度 90% 青岛金湖甲壳制品有限公司冰醋酸 分析纯 南京化学试剂一厂蒸馏水 一次 实验室自制氢氧化钠 分析纯 国药集团化学试剂有限公司盐酸 分析纯 南京化学试剂一厂碱性品绿 上海永庆染料有限公司2.2 主要实验仪器 FC104 型电子天平 上海精密科学仪器有限公司天平仪器厂电热恒温鼓风干燥箱 上海贺德实验设备有限公司DZF250 型数显恒温真空干燥箱 郑

33、州市上街华科仪器厂791 型磁力加热搅拌器 上海南汇电讯器材厂B 型玻璃仪器气流烘干器 郑州市上街华科仪器厂722N 可见分光光度计 上海精密科学仪器有限公司SHAC 恒温振荡器 国华企业PHSJ4A 上海精密科学仪器有限公司KQ400KDB 型超声波清洗器 昆山市超声仪器有限公司802 离心机 金坛市荣华仪器制造有限公司HJ4 多磁头加热搅拌器 常州国华电器有限公司2.3 实验原理2.3.1 721 分光光度计的测定原理吸光光度法的定量依据是朗伯-比耳定律。这个定律是由实验观察得到的。当一束平行单色光通过液层厚度为 b 的有色溶液时，溶液吸收了光能，光的强度就要减弱。溶液的浓度愈大，通过的液

34、层厚度愈大，入射光愈强，测光被吸收得愈多，光强度的减弱也愈显著。由于试验样品为模拟废水，所以该实验是直接测量模拟废水的吸光度，不用加显色剂。它利用壳聚糖吸附印染废水，使其色度变淡，所以其吸光度变小。任然服从朗伯-比耳定律。朗伯-比耳定律：A=bc：吸光系数；b：比色皿宽度；c：溶液浓度。检查仪器各个调节旋纽的起始位置是否正确，接通电源开关，打开比色皿暗箱盖，仪器是预热 1015min，选择确定的波长和相应的灵敏度档。在一比色皿中放入参比溶液，待测试液放入另一比色皿中，将此两比色皿放入比色槽架内，然后盖上比色槽的暗盒，旋转仪器的光量调节器，使参比溶液处于 T=100%位置，然后将待测溶液装入比色

35、皿中推入光路中，即可读数，读完吸光值后，立即打开比色槽暗盒的盖子。重复上述测定操作 12 次，读取相应的吸光值，求其平均值，作为测定的数据。实验完毕，关闭电源，拔下插头，使仪器复原。2.3.2 壳聚糖对染料的吸附原理1. 作吸附剂处理印染废水壳聚糖分子中含有氨基和羟基，这是壳聚糖具有吸附性的根本原因。壳聚糖对染料的吸附作用有物理吸附、化学吸附和离子交换吸附。其对染料的吸附主要是通过氢键、静电引力、离子交换、范德华力、疏水交互作用而吸附。2. 作絮凝剂处理印染废水壳聚糖絮凝剂实际上属于阳离子型高分子絮凝剂，其絮凝性能同时表现在两个方面：一、通过电荷中和而使阴离子胶体颗粒脱稳并形成细小的絮凝体；二

36、、通过高分子架桥作用使这些絮凝体形成达体积絮凝团。染料分子绝大部分为阴离子型。当然，印染废水的絮凝处理效果还与染料在水中的存在状态密切相关。分子结构中不含或少含亲水基团，在水中以疏水性的悬浮微粒形式存在，或虽含有较多的亲水基团，但分子间缔合程度高，以胶体形式存在的染料易被混凝出去；分子中水溶性的基团含量高，溶解度好但不易缔合，以接近真溶液的形式存在的染料，絮凝处理效果则较差。2.3.3 壳聚糖处理染料吸附量的计算mvccces)(0-吸附量sc-染料的初始浓度0c-测量时染料的浓度ec-染料的体积v-壳聚糖的质量m2.4 实验内容2.4.1 碱性品绿原始溶液的配制用分析天平称取碱性品绿 200

37、mg，加入到 1L 的容量瓶中，加入蒸馏水至刻度线配制成浓度为 200mg/l 的碱性品绿溶液。2.4.2 实验方法1. 最大吸收波长的选取用移液管移取 10ml 浓度为 200mg/l 的碱性品绿溶液，加入 100ml 的容量瓶并稀释至刻度线，得到浓度为 20mg/l 的碱性品绿溶液。取少量在 1cm 的比色皿中，大约占2/3 左右，用蒸馏水作参比。在不同波长下测其吸光度。最终得到最大的吸收波长。数据如表 3-1，作吸光曲线如图 3-1。2. 工作曲线的绘制分别用移液管移取 1ml、2ml、3ml、4ml、5ml、6ml 原始染料溶液，放入 100ml的容量瓶内，用蒸馏水分别稀释至刻度线。得

38、到浓度为2mg/l、4mg/l、6mg/l、8mg/l、10mg/l、12mg/l 的碱性品绿溶液，分别在最大吸收波长时，测定各个浓度的吸光度。绘制工作曲线。数据如表 3-2，作工作曲线如图 3-2。3. 壳聚糖吸附碱性品绿溶液a)脱乙酰度对吸附的影响配制四份 100ml，6mg/L 的碱性品绿染料溶液，然后分别加入到四个干燥的锥形瓶中，然后称取脱乙酰度为 54%、66%、85%和 92%的壳聚糖各 0.0300g 分别加入上述锥形瓶中，在磁力搅拌器或恒温振荡器中振荡，每隔 20min 取上层清液分别测其吸光度，直至吸光度不再变化。数据记录如表 3-3，如图 3-3 所示。b)壳聚糖分子量对吸

39、附的影响取 PH=7，100mL，6mg/L 的碱性品绿溶液，分别与处理时间分别为 1h、3h、5h的不同分子量的壳聚糖在 25下反应 3h。得出的数据如表 3-4 所示，图如图 3-4 所示。c)壳聚糖量对吸附性能的影响用移液管移取 2ml 的染料原始溶液 5 份，分别在 100ml 容量瓶中用蒸馏水定容至刻度线，得到 5 份浓度为 4mg/l 的碱性品绿溶液。用分析天平分别称取0.0259g、0.0446g、0.0655g、0.0858g、0.1051g 脱乙酰度为 90%的壳聚糖粉末，分别放入浓度为 4mg/l 的碱性品绿溶液中，在恒温振荡器中振荡，平均每一个小时取出溶液，离心 5 分钟

40、，取上清液测定其吸光度，直至吸光度不再变化为止，记录最后的数据，如表 3-5。d)介质的 pH 值对吸附性能的影响分别用缓冲溶液颗粒配制 pH=2.57、pH=4.55、pH=6.25、pH=8.45、pH=12.15 的溶液，取 100ml 于 5 个锥形瓶中，称取 5 份 0.0300g 壳聚糖和 0.0022g 碱性品绿颗粒，分别混合放置在 5 个锥形瓶中，室温下放置在多磁头磁力搅拌器上搅拌，平均每一个小时取出溶液，离心 5 分钟，取上清液测定其吸光度，直至吸光度不再变化为止，记录最后的数据，如表 3-6。e)吸附温度对吸附性能的影响15时，不同时间对吸附性能的影响：用移液管移取 3ml

41、 的染料原始溶液，放入 100ml 的容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度线，得到 6mg/l 的碱性品绿溶液，用分析天平称取 0.0300g 壳聚糖，放入 250ml 锥形瓶中，将染料溶液倒入锥形瓶中，最后将锥形瓶放在温度为 15恒温振荡器中振荡，15 分钟后取出溶液、离心、测定吸光度，记录数据，此后每隔 20 分钟测定一次，直至吸光度不再变化为止。25时，不同时间对吸附性能的影响：同 15时，将恒温振荡器温度调为 25即可。35时，不同时间对吸附性能的影响：同 15时，将恒温振荡器温度调为 35即可。45时，不同时间对吸附性能的影响：同 15时，将恒温振荡器温度调为 45即可。55时，不同时间对吸

42、附性能的影响：同 15时，将恒温振荡器温度调为 55即可。结果记录如表 3-7。f)染料浓度对吸附性能的影响室温时，不同浓度对吸附性能的影响：分别用移液管移取 1ml、2ml、3ml、4ml、5ml 的染料初始溶液，分别放入 100ml的容量瓶中，用蒸馏水稀释至刻度线，得到浓度为2mg/l、4mg/l、6mg/l、8mg/l、l0mg/l 的碱性品绿溶液。将 5 份溶液分别倒入 5 个250ml 锥形瓶中，分别取 5 份 0.0300g 壳聚糖放入上述的 5 个锥形瓶中，最后将锥形瓶放在温度为室温的恒温振荡器中振荡，每隔半个小时后取出溶液、离心、测定其吸光度，记录数据，直至吸光度不再变化为止，

43、记录数据如表 3-8。g)正交试验取 9 个洁净干燥的 250ml 锥形瓶并标记，分别控制变量为：壳聚糖的加入量，1、2、3 号锥形瓶 0.0100g，4、5、6 号锥形瓶 0.0300g，7、8、9 号锥形瓶 0.0500g。碱性品绿溶液的浓度，1、4、7 号锥形瓶 4mg/L，2、5、8 号锥形瓶 8mg/L。介质的pH，1、6、8 号锥形瓶 pH=4.7，2、4、9 号锥形瓶 pH=6.8，3、5、7 号锥形瓶pH=10.4。吸附时间，1、5、9 号锥形瓶 0.5h，2、6、7 号锥形瓶 1h，3、4、8 号锥形瓶 1.5h。将测量数据记录如表 3-9。 第三章第三章 结果与讨论结果与讨

44、论3.1 分光光度法测量碱性品绿的结果与讨论3.1.1 确定最大波长表格 3-1 碱性品绿在不同波长下的吸光度波长（nm）530540550560570580590600吸光度(A)0.1120.1530.2090.2950.3780.4620.5720.741波长（nm）610615618620625630640650吸光度(A)0.9260.9670.9740.9620.9360.8440.5670.3305205405605806006206406600.00.20.40.60.81.0Y 光光光(A)X 光光(nm) B 图 3-1 碱性品绿在不同波长下的吸光度由表 3-1 的数据以及

45、图 3-1 可知碱性品绿在波长为 618nm 时吸光度最大为 0.974,故选 =618nm 为最大波长.后面的吸光度均在此波长下测得 。3.1.2 绘制工作曲线表格 3-2 碱性品绿不同浓度的吸光度浓度 (mg/L)024681012吸光度(A)00.1790.4200.6570.8971.1001.326024681012-0.20.00.20.40.60.81.01.21.4 B Linear Fit of Data1_BY 光光光(A)X C(mg/L)图 3-2 不同浓度的碱性品绿的吸光度由图 3-2 可以得出碱性品绿的工作曲线方程为：Y=0.00105+0.11008XR=0.99

46、947 Y：吸光度 A X：碱性品绿的浓度讨论：碱性品绿的工作曲线应该是过零点的直线，但是本工作曲线没有过零点，是由于比色皿之间存在差异，所以有修正相。为了避免差异，尽量使用同一个比色皿。分光光度计在使用之前要预热 20 分钟。 3.2 壳聚糖对碱性品绿吸附性能的结果讨论和研究3.2.1 脱乙酰度对吸附性能的影响表格 3-3 脱乙酰度对吸附性能的影响脱乙酰度/%54668592吸附量(mg/g)7.0258.0378.84212.4155055606570758085909578910111213Y Cs(mg/g)X 脱乙酰度 B图 3-3 不同脱乙酰度下的壳聚糖的吸附量由图 3-3 可以看

47、出：随着脱乙酰度的增加，壳聚糖对碱性品绿的吸附性能越好。这是因为脱乙酰度越高的壳聚糖越容易溶解，壳聚糖分子中含有大量的自由氨基和羟基,能够与染料分子充分的接触，然后结合一起产生沉淀，达到吸附染料的效果。3.2.2 分子量对吸附性能的影响表格 3-4 不同分子量的壳聚糖下的平衡吸附量12345810121416Y Cs光mg/g)X 处理时间 B图 3-4 不同分子量的壳聚糖下的平衡吸附量处理时间/h135吸附量（mg/g）7.75211.17415.746如图所示，絮凝处理时间长的壳聚糖对碱性品绿溶液的吸附量更好。根据絮凝的双电层压缩机理以及吸附架桥作用机理，由于高分子物质对溶胶微粒具有强烈的

48、吸附作用，一个高分子链状物吸附了一个微粒，其另一端伸展到溶液中去，又吸附其他微粒，形成一个链状物。3.2.3 壳聚糖的加入量对吸附性能的影响表格 3-5 壳聚糖的加入量对吸附性能的影响壳聚糖的量（g)0.02590.04460.06550.08580.1051吸附量(mg/g)9.6978.2886.5745.3884.7240.020.040.060.080.100.1245678910 BY Cs光mg/g光X m(g)图 3-5 壳聚糖的加入量对吸附性能的影响由图 3-5 可以看出：碱性品绿在 0.0300g 时吸附性能最好。它们的吸光度均随壳聚糖的加入量的增加而出现最小值，若再增加，则

49、吸光度又增加，这与一般絮凝效果相一致，其原因是：壳聚糖分子中含有大量的自由氨基和羟基，壳聚糖通过其高分子离子活性基团与废水溶液中带负电荷的微粒结合而沉淀。但由于染料的分子结构不同，与壳聚糖的结合能力也不同。再者，由于壳聚糖本身也是絮状物，当浓度过大时，染料分子与其作用基团接触的机会下降，因此，当浓度过于大时，结合能力有所下降。其吸附量也是随着壳聚糖的加入量的增加而减小。3.2.4 介质的 pH 对吸附性能的影响表格 3-6 介质的 pH 对碱性品绿的吸附量pH2.574.556.258.4512.15吸附量（mg/g）5.9962.3627.6019.1151.9382468101212345

50、678910Y Cs光mg/g光X pH B图 3-6 不同介质溶液 pH 下的吸附量由图 3-6 可知当 pH 为 6-8 是壳聚糖对碱性品绿有很好的吸附性能，在 pH 大于 8时，吸附性能下降。壳聚糖吸附碱性品绿时在弱碱时好，所以我们选择 pH 为 7 时为最佳吸附 pH。其原因是由于壳聚糖在酸性条件下的氨基显示阳离子性质，pH8 时，壳聚糖的非离子性质使得吸附效应降低。3.2.5 反应温度对吸附性能的影响表格 3-7 反应温度对吸附性能的影响时间 T (min)1525354555202.7715.8327.6506.8936.696404.3758.4258.5937.2499.216

51、606.11410.5049.0928.2619.270807.58211.0999.2598.8369.5141009.13211.5049.3149.2479.70412010.02912.0989.5089.3569.94814010.89912.1259.5369.73910.00216011.60612.1529.6199.95810.65218012.15012.2339.70210.06810.86520012.15012.2339.70210.06810.86502040608010012014016018020022024681012Y Cs(mg/g)X t/min 15

52、25 35 45 55图 3-7 反应温度对吸附性能的影响由图 3-7 可知壳聚糖对碱性品绿染料的吸附受温度影响不大，在温度为 25左右时，壳聚糖在此范围内处理污水有较好的效果，随着温度的升高，溶液吸光度先减小后增加。这是因为在印染废水中的悬浮颗粒随温度的升高起解离电荷也随之增加，同时使胶体与壳聚糖易发生吸附作用，从而相互作用后吸收值最低；随温度的不断升高，印染废水中胶体变性，形成粘团，包裹颗粒，使废水更加稳定，使壳聚糖不易与胶体和悬浮颗粒吸附沉降，从而使 A 值上升。在同一温度下，随着时间的延长，其吸附量也不段的增加，在大约 3h 的时候均能达到平衡。3.2.6 染料浓度对吸附性能的影响表格

53、 3-8 染料浓度对吸附性能的影响染料浓度（mgl）246810吸附量（mgg）3.8817.51510.11014.35917.26024681024681012141618Y Cs(mg/g)X C(mg/L) B图 3-8 染料浓度对吸附性能的影响由图 3-8 可知吸附量均随碱性品绿染料的浓度的增加而增加，这与一般絮凝效果相一致，其原因是：壳聚糖分子中含有大量的自由氨基和羟基，壳聚糖通过其高分子离子活性基团与废水溶液中带负电荷的微粒结合而沉淀。而当染料的浓度增加时废水中的负离子也随之增加，从而使碱性品绿染料与壳聚糖的重要基团接触的机会也相应地增加，所以吸附量也随着碱性品绿的浓度增加而增加

54、。3.2.7 正交试验表格 3-9 正交试验表格壳聚糖量/g浓度/mg/LpH时间/hA0A/测A0ACs/(mg/g)0.010344.70.50.4550.2780.17715.6110.010186.810.7750.2580.51746.5010.01031210.41.51.1140.230.88477.9660.030846.81.50.3800.1270.2537.4620.0308810.40.50.7440.3460.39811.7390.0309124.711.3320.5470.78523.0780.0502410.410.3820.1340.2484.4880.0501

55、84.71.50.8430.2870.55610.0820.0507126.80.51.2320.570.66211.8613.2.8 吸附的动力学研究1. Langmuir 方程和 Freundlich 方程动力学拟合取 5 份初始浓度分别为 2、4、6、8 和 10mg/L，pH=7 的碱性品绿染料溶液，分别投入 0.0300g 脱乙酰度为 92%的壳聚糖，在 25下吸附 3h，计算出壳聚糖对碱性品绿染料的吸附等温线所需要的相关数据如表 3-10。表格 3-10 壳聚糖吸附不同浓度碱性品绿的相关数值平衡浓度 C mg/L吸附量 Csmg/g1/s g/mg1/ C L/mglgCsmg/g

56、lgCmg/L20.3453.8810.2582.8970.589-0.46241.3727.5150.1330.7290.8760.13763.07910.1100.0990.3251.0050.48883.69714.3590.0700.2701.1570.568104.88717.2600.0580.2051.2370.6890.00.51.01.52.02.53.00.050.100.150.200.25 B Linear Fit of Data1_BY 1/Cs (g/mg)X 1/C (L/mg)图 3-9 Langmuir 方程动力学拟合-0.6-0.4-0.20.00.20.4

57、0.60.80.50.60.70.80.91.01.11.21.3 B Linear Fit of Data1_BY lgCs 光mg/g光X lgC 光mg/L光图 3-10 Freundlich 方程动力学拟合由吸附平衡数据绘制出碱性品绿染料的吸附等温线。用 Langmuir 方程和Freundlich 方程分别对吸附等温线进行拟合,拟合参数见表 3-10，拟合结果见图 3-9 和图3-10。将实验数据分别代入 Langmuir 和 Freundlich 吸附等温方程进行回归分析，得到壳聚糖对碱性品绿染料的吸附等温方程分别为：Langmuir 方程：1/Cs=0.06258+0.06893

58、/CFreundlich 方程：lgCs=0.81732+0.54111lgC表格 3-11 Langmuir 方程和 Freundlich 方程的拟合参数Langmuir 方程1/Cs1/（ab）C1/aFreundlich 方程lgCslgKnlgCabRnKR15.9790.9080.988620.541116.5660.98005如图所示，在染料浓度为 2mg/L10mg/L 的时候，染料吸附更符合 Langmuir 方程。1. 不同时间-温度下，对壳聚糖吸附碱性品绿染料的一级和二级拟合一级拟合：表格 3-12 温度 25下壳聚糖对碱性品绿染料的一级拟合0.000.010.020.03

59、0.040.050.080.100.120.140.160.18 B Linear Fit of Data1_BY 1/qt (g/mg)X 1/t (min-1)图 3-11 温度 25下壳聚糖对碱性品绿染料的一级拟合二级拟合：表格 3-13 温度 25下壳聚糖对碱性品绿染料的二级拟合项目时间 t/minqt（mg/g）t/ qt(ming/mg)20min5.8323.429340min8.4254.747860min10.5045.712180min11.0997.2079100min11.5048.6926120min12.0989.9190140min12.12511.5464160

60、min12.15213.1665项目时间 t/minqt（mg/g）1/t(min-1)1/ qt(g/mg)20min5.8320.05000.171540min8.4250.02500.118760min10.5040.01670.095280min11.0990.01250.0901100min11.5040.01000.0869120min12.0980.00830.0827140min12.1250.00710.0825160min12.1520.00620.0823180min12.2330.00560.0817200min12.2330.00500.0817180min12.23

61、314.7143200min12.23316.349202040608010012014016018020022024681012141618 B Linear Fit of Data1_BY t/qt (min*g/mg)X t/min图 3-12 温度 25下壳聚糖对碱性品绿染料的二级拟合通过对吸附数据的一级和二级拟合，得出一级和二级拟合的方程式分别为：一级：1/qt=2.03744/t+0.06749 R=0.9941二级：t/ qt=0.07199t+1.6299 R=0.99836按照此种方法依次类推可以得出一级和二级拟合的相关参数如下表 3-14表格 3-14 一级和二级拟合的相关

62、参数288K298K308K318K328K拟一级q1e（mg/g）20.06814.8179.97510.28411.348k1 /min132.55030.1896.13911.34813.258R120.992270.9882350.99640.872360.93951拟二级q2e（mg/g）21.90613.89110.01610.95611.553k2/(g.kg-1.min-1)0.000310.003180.015270.005150.00561R220.980520.9967230.999940.997860.99615由表 3-14 可见，相比拟一级模型，拟二级吸附模型的相关

63、系数 R2值相当高(0.98)说明拟二级模型能够很好地反映本实验中壳聚糖对碱性品绿染料的吸附行为，因此壳聚糖对碱性品绿染料的吸附符合拟二级模型。由 ln k2 对 1/T 作图，如图 3-13 所示：3.03.13.23.33.43.5-8-7-6-5-4 B Linear Fit of Data1_BY lnk2X 1/T (10-2K-2)图 3-13 壳聚糖吸附 lnk-1/T 的动力学拟合图得到一直线，且拟合的直线方程为：ln k2=-6.14251/T+14.29268，由斜率可求得吸附表观活化能 Ea=6.14251x8.315kJ/mol=51.075 kJ/mol，表明温度对吸

64、附速率的影响服从Arrhenius 方程，且从活化能值范围来看该吸附过程属化学控速过程。 结论与展望结论与展望本次实验研究了壳聚糖对碱性品绿溶液的吸附性能。通过不同的壳聚糖用量、不同介质的 pH 值、不同的吸附温度、不同的吸附时间、和不同的染料浓度等因素的研究，探索出了最佳的吸附条件。结果表明：对于一定浓度的碱性品绿溶液，随着壳聚糖用量的增加，壳聚糖对碱性品绿溶液吸附性能逐渐减弱，在壳聚糖用量为 30mg 左右效果较好；介质的 pH 值在 68 的条件下，壳聚糖对碱性品绿溶液吸附性能较好；随着吸附时间的增长，吸附量不断增大最后达到平衡值，一般情况下都在 180 分钟左右达到平衡，温度对吸附性能

65、影响较小，在 25时吸附性能相对较好、脱色率最高；壳聚糖的吸附量随染料的浓度增大而逐渐增大。最终得到结论：壳聚糖用量在 30mg 左右，pH 值在 68 条件下，时间在 180 分钟左右，温度在 25下就有很好的吸附性能，脱色率在 90以上。壳聚糖产量丰富，无毒无害，是容易被生物降解的天然高分子。是一种价格低廉、效果显著的吸附剂。壳聚糖在环境保护中的废水处理方面发挥了重要的作用，其对酸处理、活性染料吸附、化学形态分析、金属离子回收和痕量元素富集等方面有良好的应用前景。以壳聚糖作为吸附剂处理印染废水效果比传统的无机盐及有机高分子处理效果更为明显，不但能有效有处理净化废水，而且达到经济的消除印染废水的目的,对环境无危害，是新型高效处理印染废水的吸附剂，有着广泛的发展前景。为了使其更有效的应用，许多人将其改性，并且性能优于改性前，适用范围更广，这将成为以后研究的重点。