贻贝仿生功能化无纺布的快速制备及其对重金属的吸附性能

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近年来水中重金属离子的污染日益严重。共存金属离子之间存在着复杂的相互作用,导致重金属难以去除,严重威胁人类的健康,因此共存重金属污染的治理迫在眉睫。本研究以材料表面功能化为侧重点,贻贝仿生化学为改性策略,将过硫酸铵和乙二胺结合以促进多巴胺及其衍生物的聚合反应,大大缩短了多功能无纺布的合成时间。面向共存重金属离子同步去除对吸附材料的需求以及贻贝仿生修饰层官能团特点,本研究制备了多巴胺改性无纺布(PP/PDA)、多巴胺和氨基水杨酸改性无纺布(PP/PDA/ASA)、多巴胺季铵盐无纺布和咖啡酸改性无纺布(PP/PCA)四种吸附材料。通过SEM,FTIR和XPS技术等对合成的吸附剂进行了表征。并且探究了不同实验条件下的吸附性能,结果如下:针对共存体系中重金属同步去除中存在的问题,在多巴胺聚合物末端引入水杨酸基团制备了PP/PDA/ASA吸附剂。吸附结果表明PP/PDA/ASA吸附性能比PP/PDA更好。单一体系中,在吸附剂:溶液的质量比为1∶1000的条件下,PP/PDA/ASA可以从初始浓度为5mg/L的重金属溶液中对Cu2+、Cd2+和Pb2+的去除率均达到90%以上。虽然,多组分体系中竞争吸附导致吸附量降低,但是PP/PDA/ASA仍可以同时去除90%的Cu2+和Pb2+,以及80%的Cd2+。采用XPS技术对机理进行分析,结果表明吸附过程包括金属离子与官能团之间的配位和离子交换,并且PP/PDA/ASA对Cu2+,Cd2+和Pb2+的吸附机理各不相同。针对多巴胺类功能化材料表面功能基团单一,且通常只能吸附带正电荷重金属离子的问题,采用季铵化方法制备了多巴胺季铵盐无纺布吸附剂。吸附结果表明该吸附剂在p H为3时高效吸附Cr(VI),去除率达到95%。等温模型的研究证明了吸附是单层的,理论最大吸附量为31.92 mg/g。采用XPS技术对机理进行分析,结果表明Cr(VI)的吸附与无纺布表面的季铵盐基团和质子化的氨基有关。季铵化的无纺布展现出良好的再生性。针对多巴胺功能化无纺布表面功能基团单一,对Cu2+和Cd2+的去除能力差的问题,选用咖啡酸制备了PP/PCA吸附剂。吸附结果表明PP/PCA对Cu2+和Pb2+具有较强的吸附能力。通过Langmuir方程计算得到PP/PCA对Pb2+、Cu2+和Cd2+的理论最大吸附量分别为88.6 mg/g、83.9 mg/g和36.93 mg/g。采用XPS技术对机理进行分析,结果表明-COOH、-NH-和-OH等基团均参与了重金属的吸附。
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