壳聚糖复合材料的制备及其对废水中离子染料的吸附机理

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目前印染废水所导致的环境问题日益加重,印染废水中的染料是难降解有机物,用传统的生物处理方法难以有效去除。废水的染料同时也是一种可利用的资源,采用吸附法可以有效的回收废水中的染料达到循环利用的目的。壳聚糖由于其来源广泛,含有丰富吸附官能团等特点被广泛应用于印染废水的处理当中,本研究基于壳聚糖合成出一种新型高效的吸附材料。本研究首先在实验室制备了活性氧化铝,使用交联法把壳聚糖复合到活性氧化铝的表面合成出复合材料,然后通过浸渍法使用阳离子表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对复合材料的表面进行改性,制备出新型有机改性复合材料CTAB-Chitosan@Al2O3。通过傅里叶红外光谱(FTIR)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、热重分析(TGA)、X射线衍射(XRD)、全自动快速比表面与孔隙度分析仪(BET)、zeta电位测定等表征手段,对CTAB-Chitosan@Al2O3的物化性质进行了分析。从表征结果可以得知:(1)从热重分析以及TOC分析中可以发现,材料在常温和一定水力学条件下,稳定性较强,可适用于常规水处理工程当中;(2)负载到氧化铝表面以及CTAB改性均增加了壳聚糖的比表面积以及孔径,改性后的复合材料的孔径为微孔以及介孔。采用了阳离子染料(亚甲基蓝、中性红、碱性品红)和阴离子染料(甲基橙、刚果红、活性蓝)对CTAB-Chitosan@Al2O3吸附印染废水的能力进行研究。探究了不同影响因素(吸附时间、温度、底物浓度、p H)对CTAB-Chitosan@Al2O3吸附阴离子染料性能的影响。其中温度、p H值和温度这三个影响因素会根据阴离子染料的结构不同而对吸附有不同的影响。通过吸附模型对吸附数据进行分析,研究了CTAB-Chitosan@Al2O3对阴离子染料的吸附动力学、吸附等温线以及吸附热力学。通过朗格缪尔吸附模型、富兰克林吸附模型、以及单层单能吸附模型对CTAB-Chitosan@Al2O3吸附三种阴离子染料的吸附等温线进行研究,结果表明CTAB-Chitosan@Al2O3对三种染料的吸附均符合朗格缪尔吸附模型,通过朗格缪尔模型计算出CTAB-Chitosan@Al2O3对甲基橙、刚果红、活性蓝的最大吸附量分别为327.87 mg/g,1250.00mg/g,1017.90 mg/g。CTAB-Chitosan@Al2O3可以在阴离子染料和阳离子染料混合体系中选择性吸附阴离子染料,其中在阳离子染料碱性品红和阴离子染料活性蓝的混合体系中,其选择性吸附能力可以通过p H值进行调控。CTAB-Chitosan@Al2O3与离子型染料之间存在静电作用力和氢键作用力,其中与阴离子染料之间存在静电引力,与阳离子染料之间存在静电斥力。通过调节p H值可以改变CTAB-Chitosan@Al2O3与阳离子染料之间的静电斥力,当CTAB-Chitosan@Al2O3与阳离子染料之间的静电斥力小于氢键的作用力,CTAB-Chitosan@Al2O3可以有效吸附阳离子染料。
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