改性β-环糊精聚合物的制备及其对水溶液中污染物吸附性能的研究

来源 :南昌航空大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:cole6
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随着有机染料和金属基材料在各种工业生产中的广泛应用,有机染料和重金属广泛共存于地下水或废水中,这些污染物成分稳定、结构复杂,不易处理亟待解决。吸附作为一种安全、高效、低成本的方法广泛地应用于污水处理。因此,研究可以快速而高效率去除废水中的染料和重金属离子的吸附材料有着深远的意义。β-环糊精自具空腔结构,是一种前景很好地吸附材料。已有前人将β-环糊精和四氟对苯二腈亲核芳香取代得到β-环糊精聚合物(CDP-CN)解决了溶解性的问题。为了使β-环糊精聚合物对染料和重金属离子的吸附展现出更好的效果,本文通过二乙醇胺、硼烷-四氢呋喃、羟胺水溶液对腈基进行改性,得到二乙醇胺改性β-环糊精聚合物(CDP-DEA)、胺基改性β-环糊精聚合物(CDP-NH2)和偕胺肟改性β-环糊精聚合物(CDP-AM)三种吸附材料,大大的提高了对污染物的吸附容量。(1)改性CDP-CN制备了CDP-DEA聚合物,通过FT-IR、13CNMR、XPS、SEM、TEM、BET、TG/DTG等表征确定CDP-DEA形貌与微观结构。通过ξ电位确定了CDP-DEA在不同p H值下所带电荷电性。发现CDP-DEA对阴离子染料具有选择吸附性;通过对亚甲基蓝和橙黄G混合染料验证对阴离子染料的选择性吸附,探究了p H和接触时间对吸附刚果红和橙黄G的影响,刚果红的最佳吸附p H为5和橙黄G最佳吸附p H为3,在3小时左右逐渐达到吸附平衡;还进一步研究了CDP-DEA对刚果红和橙黄G的吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学和重复利用能力,吸附复合伪二级动力学和Langmuir线性等温线,实验表明刚果红和橙黄G在三个温度下分别吸附效果极好,热力学数据表明吸附过程吸热可自发,并且在多次循环之后依旧可以达到97%以上的极高吸附效率。(2)用CDP-CN制备了CDP-NH2聚合物,使用FT-IR、13CNMR、XPS、SEM、TEM、BET、TG/DTG等表征确定CDP-NH2形貌与结构。通过ξ电位确定了CDP-NH2在不同p H值下质子化程度。对阴离子染料进行选择吸附性验证,探究了p H和接触时间对吸附刚果红和橙黄G的影响,橙黄G在p H=3吸附效果最好,在3小时左右逐渐达到吸附平衡;还进一步研究了CDP-NH2的吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学和重复利用能力,吸附符合伪二级动力学和Langmuir线性等温线,实验表明橙黄G在三个温度下吸附容量均超过400 mg/g;吸附热力学参数证明吸附过程中吸热且自发,并且在多次循环之后依旧可以达到97%以上的极高吸附效率。然而对于刚果红溶液,受结构影响吸附效果不佳。(3)用FT-IR、13C NMR、XPS、TGA、BET、SEM和TEM表征了制备的CDP-AM聚合物的结构与形貌,并通过Zeta电位表征了聚合物的质子化程度。CDP-AM首次用于除去Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)两种重金属离子,探究了p H和接触时间对吸附Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的影响,Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)在5小时左右缓慢地达到吸附平衡;在Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)沉淀之前,确定p H=6为最佳吸附条件;并进一步研究了CDP-AM对p H=6的吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学和重复利用能力,吸附符合伪二级动力学和Langmuir线性等温线,实验表明Cu(Ⅱ)在303-323 K温度下吸附容量可以达到273.97-284.09 mg/g,Pb(Ⅱ)的吸附容量为281.69-294.99mg/g;热力学结果证明吸附过程是吸热和自发过程,并且在多次循环之后依旧可以达到65%以上的高吸附效率。
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