葡萄糖和壳聚糖水热合成碳材料及其对活性艳红k-2bp的吸附研究

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本文主要研究分别以葡萄糖和壳聚糖为原料通过一步水热法制备氨基功能化的碳材料,通过SEM、FTIR、BET、元素分析等表征手段研究了其形貌、成分等性质,并进行了对活性艳红k-2bp的吸附性能实验。  以葡萄糖为原料的水热反应中,以纯葡萄糖为前驱物可以得到粒径在5μm左右的形貌规则的碳微球,并且碳微球表明没有氨基的负载。在葡萄糖水热体系中只加入谷氨酸时,生成的碳微球形貌变化不大,且氨基不能有效负载。加入氨水则可以得到氨基功能化的不规则碳材料。  当以只有葡萄糖为前驱物制备的碳微球作为k-2bp的吸附剂时,其对k-2bp的最大吸附量为6.28mg/g;而以葡萄糖水热体系中加入氨水获得的碳材料为吸附剂时,对k-2bp的最大吸附量增加到20.8 mg/g;当在水热体系中同时加入氨水和谷氨酸后,在最优水热时间下得到的碳材料对k-2bp的吸附性能大大提高,最大吸附量达到37.0mg/g,说明氨水和谷氨酸的加入会产生一种协同作用,增加碳材料表面负载的—NH2基团的量,从而提高其吸附性能。  纯葡萄糖水热体系得到的碳微球对k-2bp的吸附符合Langmuir吸附等温线,而氨基功能化的碳材料对k-2bp的吸附则符合Freundlich吸附等温式,吸附过程符合准一级动力学模型。通过研究不同pH下的吸附性能,发现低pH值有利于对k-2bp的吸附。  以壳聚糖为原料的水热反应中,以纯壳聚糖为前驱物得到的碳材料基本和纯壳聚糖形貌一致,得到的固体只是粒径有所增大,表面上的氨基在180℃下没有破坏,而水热温度在200℃以上则有一定程度的破坏。  吸附实验结果表明,水热过程中壳聚糖加入了一定比例的葡萄糖得到的碳材料的吸附效果都不如纯壳聚糖水热得到的碳材料。其中,在200℃和10h的条件下,葡萄糖和壳聚糖质量比为3∶1制备得到的7#G3CS200-10对k-2bp最大吸附量仅为250.48mg/g,而纯壳聚糖制备得到的3# CS200-10的最大吸附量为682.96mg/g。纯壳聚糖在180℃、200℃、220℃水热制备得到的碳材料对k-2bp的最大吸附量分别为1279.22 mg/g、682.96 mg/g和63.60 mg/g,表明随着水热温度的增加得到的碳材料的最大吸附量明显降低,这是因为温度的升高破坏了壳聚糖表面的氨基。纯壳聚糖在180℃分别在6h、10h和14h水热制备得到的碳材料对k-2bp的最大吸附量分别为1496.20mg/g、1279.22mg/g和1289.83mg/g,表明随着水热时间的增加得到的碳材料的最大吸附量有所降低。  纯壳聚糖水热得到的碳材料对活性艳红k-2bp的吸附等温线符合Langmuir模型,吸附动力学符合准一级动力学。  通过研究不同温度下的吸附性能,发现一定范围内吸附温度的提高有利于对水热碳材料对k-2bp吸附量的提高。
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