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功能化纤维素复合气凝胶的制备及吸附性能研究

冯楚婷  
【摘要】:随着印染技术的不断发展,各种不同类型的复杂合成染料投入使用,染料废水污染问题日益严重,由于染料难以生物降解,严重危害了人类的生活健康和全球的生态平衡,染料废水的净化成为保护生态环境亟需解决的难题之一。气凝胶材料具有连通的孔结构和大的比表面积,采用气凝胶吸附去除染料是一种操作简单、效率高、成本低的处理方法。纤维素是自然界中含量最多的天然线性高分子材料,相较合成高分子材料拥有环境友好和可再生的独特优势。因此,纤维素气凝胶是一种用于印染废水中染料处理的理想吸附剂,但由于其表面的羟基基团带负电,与阴离子基团会产生静电斥力,纤维素气凝胶对阴离子染料的吸附效果受到限制。为了提高纤维素对阴离子染料的吸附性能并考虑到环保性和经济性,本文以天然纤维素为原材料,采用绿色纤维素溶解体系和简单的阳离子单体接枝改性,制备一种阳离子纤维素(CCEs)。SEM、TG和XPS等表征证实了阳离子基团的成功接枝。Zeta电位显示所制备的CCEs拥有稳定的表面正电荷。在此基础上,经过化学交联和冷冻干燥过程将CCEs制备成阳离子纤维素气凝胶(CCAs)。SEM、FTIR和NMR等表征证实了化学交联的形成,压缩测试证实CCAs拥有良好的力学性能,为水下的染料吸附提供保障。染料吸附测试发现CCAs对阴离子染料曙红(EY)的去除率由纯纤维素气凝胶的5.31%提高至99.58%,并且拥有从混合染料中选择性吸附阴离子染料的性能,这主要是由于CCEs所带的正电荷对阴离子染料产生了静电吸引力,而对阳离子染料存在静电排斥。CCAs对染料的吸附符合伪二阶动力学模型、Langmuir等温线模型和Weber-Morris颗粒内扩散模型。作为一种新型环保阴离子染料吸附剂,CCAs不仅拥有对阴离子染料高的吸附量(364.22 mg/g),并且具有抵抗环境因素的能力以及良好的循环使用性,能够满足对废水中的阴离子染料去除的实际需求。


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