硫脲官能团修饰SPVA、SPVA/BC复合材料的制备及其性能研究

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随着工业化的发展,其产生的重金属废水进入生态系统造成严重的环境污染。因此,对水体中的重金属离子进行高效的回收和循环使用对生态环境具有非常重要的现实意义。本研究制备了氨基硫脲(Thiosemicarbazide,TSC))改性交联聚乙烯醇吸附剂(TSC-SPVA)、脒基硫脲(Guanylthiourea,GLA)改性交联聚乙烯醇/细菌纤维素复合吸附剂(GLA-SPVA/BC),并分别研究了这两种吸附剂对铜离子的选择性吸附。TSC-SPVA吸附剂是以聚乙烯醇(PVA)为原材料,通过对聚乙烯醇进行预处理交联形成SPVA,然后再用氨基硫脲对其进行接枝改性,制备了白色粉末状吸附剂TSC-SPVA。对材料SPVA和TSC-SPVA分别进行了单因素探究和正交实验,得到了较优的合成条件。通过批量实验对其吸附平衡状态、动力学和选择性进行了研究,并研究了p H值对吸附效果的影响。通过SEM/EDS-Mapping、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)和拉曼光谱(Raman)、热重-差示扫描量热法(TG-DSC)等表征手段,对材料的性质、形貌和组成进行了分析,这些表征手段证实了该材料的结构及相应的吸附机理。同时,吸附热力学实验表明,吸附剂TSC-SPVA对Cu(Ⅱ)离子的吸附符合Langmuir等温线模型,最大吸附容量为82.36 mg·g-1。动力学数据表明,Cu(Ⅱ)离子在吸附剂TSC-SPVA上的吸附符合Elovich动力学模型。吸附剂TSC-SPVA在Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)四种离子共存的情况下,对Cu(Ⅱ)离子表现出明显的选择性,几乎是铅、锌、镍离子吸附容量的三倍。GLA-SPVA/BC吸附剂是以聚乙烯醇(PVA)为基材,和细菌纤维素(BC)乳液以VPVA:BC=4:1的比例混合,通过交联形成SPVA/BC,然后再用脒基硫脲对其进行接枝改性制备而成的。通过对比发现接枝改性后的GLA-SPVA/BC吸附剂比未进行改性的SPVA/BC的吸附效果有了近两倍的提升。在EDS-Mapping图像中可以观察到吸附剂GLA-SPVA/BC在吸附前后硫原子、氮原子和铜离子的变化情况,FT-IR和拉曼光谱也可以证明脒基硫脲的成功接枝。TG-DSC表明了材料具有良好的热稳定性,并且细菌纤维素的加入进一步提高了的热稳定性。批量吸附实验研究表明,吸附剂GLA-SPVA/BC对Cu(Ⅱ)离子的吸附符合Langmuir等温线模型,最大吸附容量为91.86 mg·g-1。1Elovich动力学模型表明吸附剂表面发生了化学吸附作用。选择性吸附实验可以看出GLA-SPVA/BC吸附剂表现出对Cu(Ⅱ)离子高的选择性。结果表明,利用聚乙烯醇(PVA)为原材料制备硫脲基复合吸附剂具有良好的应用前景。
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