基于聚氨酯的柿单宁吸附材料的制备及其性能研究

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重金属的污染已经对环境生态造成破坏,严重威胁了人类及其他生物的生命安全。近年来,利用生物质材料为原料制备吸附剂用于重金属污染治理成为了研究热点。柿单宁(PT)是一种从柿中提取的多酚化合物,富含的酚羟基结构可以与重金属离子发生螯合作用,形成稳定的五元环。另一方面,由于酚羟基的亲水性,导致柿单宁易溶于水,吸附后不利于重金属回收,因此需对其进行固化改性。本研究以柿单宁为原料,制备出三种不同类型的聚氨酯基柿单宁吸附材料以解决回收难的问题。采用傅里叶红外光谱仪(FTIR)、扫描电镜(SEM)、同步热分析仪(TG)等研究三种聚氨酯材料的形貌结构,力学性能与热力学稳定性。同时探究聚氨酯基柿单宁吸附材料对Cu2+和Pb2+的吸附效果,并通过对实验数据采用吸附等温线与吸附动力学模型拟合研究其吸附机理。研究结果如下:(1)以柿单宁粉,异氟尔酮二异氰酸酯(IPDI),聚醚多元醇4110为原料,制备了聚氨酯基柿单宁硬质泡沫(PTP-PURF)。材料表征与吸附实验等结果表明60%PTP-PURF能更好地平衡泡沫的吸附性能与机械性能。吸附拟合结果表明,PTP-PURF对Cu2+和Pb2+的吸附行为更符合Freundlich等温线与拟二级动力学模型,说明吸附过程主要受化学反应控制,螯合作用是主要的吸附机理。PTP-PURF对Cu2+和Pb2+的最大吸附量分别为27.90 mg/g和50.60 mg/g。(2)以柿单宁粉,IPDI,聚醚多元醇N330为原料制备了聚氨酯基柿单宁软质泡沫(PTP-PUF)。材料表征和吸附实验表明40%PTP-PUF能更好平衡泡沫的吸附性能与机械性能。PTP-PUF结构开孔更多且有弹性,应用适用性更好。吸附等温线拟合结果表明PTP-PUF对Cu2+的吸附过程符合Freundlich等温线模型;对Pb2+的吸附行为则符合Langmuir等温线模型。动力学模型则均符合拟二级动力学模型,说明对于Cu2+和Pb2+的吸附机理主要为化学吸附,具体为柿单宁的螯合作用。PTP-PUF对Cu2+和Pb2+的最大吸附量分别96.06 mg/g和112.2 mg/g。(3)以碳酸二甲酯、1,6-己二胺和柿单宁粉为原料,顺丁烯二酸和戊二醛作交联剂,制备了非异氰酸酯聚氨酯树脂(PT-NIPUR)。拟合结果表明了其对Cu2+和Pb2+的吸附行为符合Freundlich等温线和拟二级动力学模型,说明吸附机理为化学吸附,为螯合作用。实验结果得出PT-NIPUR对Cu2+和Pb2+的最大吸附量分别为68.06 mg/g和81.73 mg/g。
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