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碳纳米管(CNTs)具有优异的电学、热学和力学性能,近年来,在理论研究和实际应用方面备受关注。本论文主要采用非共价修饰的方法,将多壁碳纳米管(MWCNTs)加入到多糖溶液中,利用天然大分子海藻酸钠(SA)和羟乙基纤维素(HEC)对MWCNTs进行改性,制备出多糖/多壁碳纳米管复合材料。
1.利用旋转流变仪、红外和核磁研究了G/M比值、MWCNTs对HG(M)SA(高G(或M)段海藻酸钠)溶液降解性能的影响。研究结果表明,在紫外灯照射条件下,纯HMSA比HGSA溶液更容易发生降解,当MWCNTs存在时,出现相似的趋势。值得注意的是,在室温放置条件下,纯HGSA比HMSA降解的更快,然而在MWCNTs存在时,HGSA/MWCNTs溶液经过35天的放置,零剪切粘度几乎没发生变化,说明由于MWCNTs的抑制作用HGSA几乎没有发生降解。原因可能由于G-M嵌段中M单元上带的-COO-对HGSA上的糖苷键具有一定的自催化降解作用,使得其比M-G嵌段的糖苷键容易断裂。而HGSA分子链中的G-M嵌段较HMSA分子链当中的多。而MWCNTS的加入,使得HGSA缠绕在其管壁周围,结果导致自催化作用消失。而HMSA/MWCNTs溶液的零剪切粘度在室温放置过程中一直缓慢下降。但是与纯HMSA相比,下降缓慢,说明MWCNTs的加入,对HMSA溶液的降解起到了一定的抑制作用。同时,制备了纯SA及SA/MWCNTs薄膜,通过SEM、旋转流变仪研究了MWCNTs在薄膜中的分散性以及MWCNTs对复合薄膜降解性能的影响。SEM测试结果表明,MWCNTs在薄膜中分散性良好;流变测试结果表明,复合薄膜的复数粘度、储能模量、降解率均随着紫外灯照射时间的延长而逐渐降低,而碳纳米管的加入使得这种降低幅度变缓,说明碳纳米管对SA薄膜的降解具有一定的抑制作用。
2.研究了MWCNTs作为自由基捕捉剂存在时,不同质量配比的HEC/MWCNTs复合溶液在室温放置和紫外照射条件下的降解性能。利用旋转流变仪和红外对其进行了表征。结果表明,纯。HEC溶液由于降解作用零剪切粘度随室温放置时间延长逐渐降低,而HEC/MWCNTs复合溶液的零剪切粘度随MWCNTs含量的增加逐渐变缓;说明MWCNTs可以有效抑制HEC的降解。经FTIR分析,长时间放置对HEC/MWCNTs复合溶液的影响较小。紫外照射降解研究表明,纯HEC及HEC/MWCNTs复合溶液的零剪切粘度均随着照射时间的延长而逐渐降低。然而,零剪切粘度降低的速率随着碳纳米管含量的增加而逐渐降低。实验结果表明,在紫外灯照射条件下,MWCNTs的加入能够降低HEC的降解速率,MWCNTs对HEC的降解具有一定的抑制作用。
3.通过湿法纺丝制备了纯SA及SA/MWCNTs纤维,并研究了其对离子染料MB和MO的吸附性能。结果表明,MWCNTS的加入,极大的提高了SA对MO的吸附能力,同时增加了对MB的吸附速率。吸附等温线均能用Langmuir和Freundlich方程描述,其中,SA/MWCNTs纤维对于MB和MO的平衡吸附数据符合Langmuir等温吸附模型。三种动力学模型对SA/MWCNTs复合纤维吸附两种染料的行为都有较为吻合的描述,其中伪二级动力学模型的拟合程度最为精确。溶液pH值对水中离子染料的吸附有一定的影响,在碱性条件下,利于对MB的吸附,在酸性条件下,利于对MO的吸附。解吸附结果表明,MB在pH=2.0时的解吸附百分率为79.7%,MO在pH=13.0时的解吸附百分率为80.2%,与前述吸附结果相吻合。因此,SA/MWCNTs复合纤维可以作为环境友好型的吸附剂,高效、快速的去除水溶液中的离子染料。