【摘 要】
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随着现代工业的快速发展,日益严重的环境污染已经对人类社会的可持续发展造成了严重影响。其中,含油/有机污染物废水所带来的污染更普遍,危害性更大,引起了广泛关注。高效、经济地解决含油/有机污染物废水污染问题已经成为近年来国际学术界的一个研究热点。众多水处理技术中,吸附法因简单、经济、高效等特点被广泛应用到含油/有机污染物水处理中。对吸附法而言,吸附材料的选择是其性能的关键因素。然而,目前报道的大多数吸
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随着现代工业的快速发展,日益严重的环境污染已经对人类社会的可持续发展造成了严重影响。其中,含油/有机污染物废水所带来的污染更普遍,危害性更大,引起了广泛关注。高效、经济地解决含油/有机污染物废水污染问题已经成为近年来国际学术界的一个研究热点。众多水处理技术中,吸附法因简单、经济、高效等特点被广泛应用到含油/有机污染物水处理中。对吸附法而言,吸附材料的选择是其性能的关键因素。然而,目前报道的大多数吸附材料因其自身结构局限,导致其具有吸附选择性差、处理对象单一及吸附容量低等的缺点,限制了其在水处理吸附领域更广泛的应用。近年来兴起的一种多孔材料——共轭微孔聚合物(CMPs)由于其独特的表面浸润性和优异的选择性吸附性能,作为吸附材料在水处理领域表现出独特的结构性能及优势。基于CMPs的结构、性能依赖于其砌块结构单元的分子结构和化学组成,即可以通过调控砌块单体分子的结构、化学组成,而对CMPs的结构进行调控;同时,通过对砌块单体进行特定功能基团的分子设计,可以实现对目标CMPs进行功能化的精确量制。然而,传统方法制备得到的CMPs材料通常为粉末形态,具有不溶性、加工性较差和不易回收等问题,限制了其在实际中的应用。针对此问题,本论文通过改变单体结构和引入特定官能团将CMPs构建成宏观结构制备CMPs基复合材料(海绵、气凝胶),并研究其在油水分离、重金属离子和有机染料去除、海水淡化领域中的应用。主要研究内容包括:(1)通过Sonogashira-Hagihara偶联反应,在三聚氰胺海绵上进行原位聚合制备了两种亲油疏水共轭微孔聚合物复合海绵(分别为CMPs-1@sponge和CMPs-2@sponge),其具有良好的热稳定性和物理化学稳定性。由于CMPs@sponges具有良好的疏水性,在吸附过程表现出较高的油水分离效率。CMPs@sponges对油/有机溶剂吸附容量分别达到24-64 g g-1和13-36 g g-1,在进行10次吸附循环后,吸附性能不变,表明具有良好的循环稳定性。将CMPs@sponges浸泡在不同的p H溶液中,仍可保持原有的疏水性能。此外,CMPs@sponges基于真空泵作用可以不断分离和回收油/有机溶剂,经过10次循环后分离效率仍达到95%以上。值得注意的是,CMPs@sponges还能去除水中的微量苯系污染物,去除率在85%以上。(2)以磺化共轭微孔聚合物(SCMP)和羧甲基纤维素(CMC)为原料,采用物理掺杂和冷冻干燥的方法合成了一种新型复合气凝胶(CMC/SCMP)。CMC/SCMP气凝胶对Pb2+和亚甲基蓝(MB)表现出优异的吸附性能,吸附容量分别达到94.93和294.84 mg g-1。CMC/SCMP气凝胶对Pb2+和MB的吸附过程符合准二级吸附动力学和Langmuir吸附等温模型。吸附热力学结果表明,吸附过程属于自发的吸热过程。同时,通过FTIR、XPS和Zeta电位表征对其吸附机理进行了研究,结果表明,吸附机理可能与螯合、静电吸引、H键和π-π相互作用有关。且CMC/SCMP气凝胶对Pb2+和MB进行了4次吸附-解吸循环,仍具有良好的吸附能力。(3)以CMC/SCMP为前驱体在其表面喷涂聚吡咯制备了一种新型太阳能蒸发器(CMC/SCMP-PPy)。因CMC/SCMP具有多孔结构和亲水特性使其具有优异的水传输能力,通过在其表面喷涂聚吡咯增强了光吸收性能,光吸收率可达91%,实现了光热转化能力。该气凝胶在1 k W m-2辐照下表现出良好的光热转换性能,蒸发效率可达85.57%。此外,CMC/SCMP-PPy还具有优异的耐盐性能,为防止在界面蒸发过程中盐晶体堵塞材料孔道具有重要作用。进一步优化了CMPs在废水中的应用效果,实现了清洁能源的利用。这项工作为开发新型光热材料提供了新的思路。
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