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羧甲基纤维素钠/壳聚糖复合材料的制备及除磷性能研究

刘涛  
【摘要】:近年来,随着社会经济的发展,导致工业中含磷污水的任意排放及农业中磷肥的滥用等问题日益严重。而磷(P)被认为是一种导致水体富营养化现象的关键元素,这种现象导致水体被严重污染,进而会影响水生生物和人类的健康,因此寻求一种能高效去除水中磷的措施迫在眉睫。吸附法因具有易操作、成本低、无二次污染、效率高等诸多优势而被国内外学者广泛研究。羧甲基纤维素钠(CMC)和壳聚糖(CS)是自然界中广泛存在的生物多糖,它们具有廉价易得、有大量的活性官能团等诸多优点,同时,二者都具有良好的凝胶性能,可用于污水处理方面。然而,纯CMC或CS制成的凝胶珠机械性能差等问题,阻碍了其在实际环境中的应用。基于此,本论文利用CMC独特的性质,以AlCl_3和LaCl_3作为交联剂,再利用CMC与CS之间的相互作用,制备CMC/CS复合凝胶材料。针对其机械性能差等问题,将价廉易得的粉煤灰(FA)和具有超大比表面积的UiO-66金属有机骨架材料引入到CMC/CS中,这样就可改善其机械性能。具体研究内容和结果如下两部分:(1)通过将粉煤灰和CMC溶液混合的方法,将其引入至CMC/CS中,成功制备出一种机械强度高且比表面积较大的FA/CMC/CS复合凝胶珠吸附剂;以除磷效率为标准,对各组份之间的配比进行优化,并通过XRD、SEM、BET等对样品表征分析,最后对其除磷性能进行评价。磷吸附实验结果表明:在室温下,溶液体系p H=3、初始磷浓度50 mg/L、吸附剂用量4 g/L的条件下,180 min时达到吸附平衡,吸附效率达69.8%,吸附容量为8.72 mg/g;经四次循环后,除磷效率降至36.58%;整个吸附过程遵循准二级动力学和Langmuir等温线模型,且该吸附过程为吸热反应;通过对吸附机制的探究发现,FA/CMC/CS除磷主要以静电引力和配位交换为主。(2)首先通过溶剂热法制备UiO-66金属有机骨架材料,然后将其与CMC溶液混合,进而引入至CMC/CS中,成功制备出UiO-66/CMC/CS复合凝胶珠吸附剂,优化了各组份间的配比,对材料进行XRD、FT-IR、TGA等表征分析,并对其除磷性能进行评价。磷吸附实验结果表明:在室温下,溶液体系p H=7、初始磷浓度50 mg/L、吸附剂用量1.5 g/L的条件下,90 min时达到吸附平衡,吸附效率达95.44%,吸附容量为31.81 mg/g;重复使用五次后,除磷效率仍在50%以上;整个吸附过程遵循准二级动力学和Langmuir等温线模型,且该吸附过程为吸热反应;UiO-66/CMC/CS主要以静电引力和配位交换的机制除磷。


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