超支化聚酰胺修饰的纤维素基吸附材料的制备及其在阴离子染料吸附中的应用

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阴离子染料在纺织印染行业的广泛应用导致大量含阴离子染料工业废水的产生,严重危害自然环境和人体健康。在众多阴离子染料处理技术中,吸附法因其高效简便而备受青睐,吸附材料的选择是实现其吸附效果的关键。纤维素是一种储量丰富的天然材料,但其存在大量分子间氢键,吸附性能不佳。因此,选择合适的功能材料改性纤维素,对提升其阴离子染料吸附性能,实现其高效应用极其重要。基于此,本论文以天然纤维素为基材、以含有大量活性吸附位点的超支化聚酰胺为改性材料,通过两者的席夫碱反应制备阴离子染料吸附材料。研究了吸附材料对阴离子模型染料甲基橙的吸附效果,阐释了吸附机理,并通过改变超支化聚酰胺的聚合单体,进一步探究了超支化聚酰胺的化学结构对吸附材料吸附性能的影响。具体研究内容和结果如下:第一部分:基于二乙三胺的超支化聚酰胺修饰的纤维素基吸附材料的阴离子染料吸附性能研究。以高碘酸钠为氧化剂制备二醛基纤维素DAC;以丙烯酸甲酯(MA)和二乙烯三胺(DETA)为单体合成超支化聚酰胺HP-DETA;进而以HP-DETA修饰DAC制备纤维素基吸附材料HPFC-DETA。优化了制备条件,测试表征了其化学结构、热稳定性和带电性能,观察了其微观形貌,并探究了其阴离子染料吸附性能。结果表明:HPFC-DETA含有大量活性胺基官能团,具有明显的片层结构,热稳定性优良,在较宽p H范围内带有正电荷。p H为5.0时,HPFC-DETA对阴离子染料甲基橙的吸附性能最佳,吸附量达到516.06 mg/g,且可在300 min内达到吸附平衡。吸附位点研究表明,这一吸附过程主要通过吸附材料的质子化胺基与甲基橙的磺酸基之间的静电作用实现。第二部分:基于四乙五胺的超支化聚酰胺修饰的纤维素基吸附材料的阴离子染料吸附性能研究。为进一步提升吸附材料的阴离子染料吸附性能,选择具有更长含氮链段的四乙烯五胺(TEPA)为单体,将其与丙烯酸甲酯缩聚制备超支化聚酰胺HP-TEPA,修饰DAC制备具有更高支化程度的阴离子染料吸附材料HPFC-TEPA。优化了制备条件,测试表征了其化学结构、热稳定性和带电性能,观察了其微观形貌,探究了其阴离子染料吸附性能,并深入研究了吸附机理。结果表明:HPFC-TEPA具有比HPFC-DETA更高的胺基含量和支化程度,且其片层结构更为疏松。p H为5.0时,HPFC-TEPA对阴离子染料甲基橙的最佳吸附量达到594.05 mg/g,且在100 min即可达到吸附平衡。经5次循环后,材料的甲基橙吸附量仍保持在90%以上,且具有较好的普适性。机理研究显示,HPFC-TEPA的吸附过程符合准二阶动力学模型和Langmuir吸附模型,属于由化学吸附控制的自发吸热的单分子层吸附,主要通过吸附材料与阴离子染料之间的静电作用实现。本文硕士论文研究结果表明,将富含活性胺基的超支化聚酰胺引入纤维素表面,可有效改善其阴离子染料吸附性能;延长聚合单体中含氮链段的长度,可增加超支化聚酰胺的支化程度,进一步提升吸附材料的阴离子染料吸附效果。
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