CO_2响应型智能微凝胶的制备及其废水循环处理性能研究

【摘要】：目前,工业废水排放引起的水污染问题已引起全球关注。其中,造纸、皮革、纺织、塑料、化妆品和电镀工业等行业都会产生大量工业废水。这些工业废水中的主要污染物包括有机染料(特别是阴离子染料)和重金属离子如Cr(VI)和As(V)等,已有报道表明这些有机染料和重金属离子的出现会导致人类产生多种生理和心理疾病,如癌症、肿瘤、贫血和畸变等。所以,在废水排放前去除这些有害的染料和重金属离子就显得尤为重要。但现有的吸附材料大多吸附量较低或不具备选择性,同时它们的可重复及再生过程中的能耗问题依然很严重。因此,急需一种更为绿色智能的吸附材料用于绿色低耗的工业废水循环处理。本论文开展的主要工作如下:(1)以反向悬浮聚合制备了一种含亲水的AM与疏水的DEA的微凝胶,含较高比例DEA的微凝胶可在CO_2/N_2调控下实现可开关的收缩-膨胀转变,基于这种特性,微凝胶在CO_2刺激下可实现选择性的循环吸附阴离子染料。其阴离子型染料(AR)的最大吸附量达到821 mg·g~(-1),同时,微凝胶吸附过程的吸附等温线和动力学分别服从Langmuir等温线模型和准二阶动力学模型。本文还设计了一种微凝胶污水处理填料柱样机,通过交替通入CO_2和碱水冲洗(p H 12),样机可以连续地循环处理和回收染料。(2)设计并制备了一系列可降解的CO_2响应型微凝胶。在CO_2和N_2的交替作用下,制备的微凝胶可以完成收缩-膨胀和质子-脱质子转变。基于这种刺激响应特性,微凝胶可实现“开关性”的阴离子染料和重金属离子吸附,其中MY和Cr(VI)的最大吸附量分别为1537 mg g~(-1)和423 mg g~(-1)。此外,同时/逐步吸附结果表明,在金属离子-染料二元体系中,磺酸根染料比重金属离子更容易被吸附且微凝胶的吸附性能在二元体系中得到提高。连续十次的循环实验后,CO_2刺激再生的微凝胶仍具有较强的吸附能力,还可以应用于固定床吸附系统。同时,经DTT处理后,微凝胶可以完全降解。(3)通过乳液聚合得到粒径均一的刚性微凝胶。微凝胶可用于阴离子型染料的吸附,且对MY的吸附量达到2814 mg g~(-1)。经p H 12的碱液处理后,微凝胶可以完全解吸附,15次吸附-解吸附循环后,微凝胶仍能保持85%的吸附效率。此外,本文还结合人工智能(AI)技术,设计了可用于染料浓度简易识别的AI模型。