针织管复合β-CD/CS多孔膜的制备及分离吸附性能研究

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随着工业化进程的不断发展,水污染问题日益严重。针对有机物和重金属污染,旨在获得一种具有吸附性能的分离膜材料,本文以壳聚糖(CS)和β-环糊精(β-CD)为成膜基质,聚乙二醇(PEG)为致孔剂,戊二醛为交联剂提高水稳定性,以针织管为增强体提高力学性能,采用非溶剂诱导相分离(NIPS)方法,制备针织管复合β-环糊精/壳聚糖(β-CD/CS)多孔膜,并对其制备工艺、分离性能和吸附性能进行了研究。
  首先,实验探讨CS基膜的最佳铸膜液浓度。通过流变行为,扫描电镜(SEM)和拉伸等测试,研究CS铸膜液浓度对膜结构和性能的影响。结果表明,铸膜液的最佳浓度为7wt%。单纯CS膜的力学性能较差,针织管复合后明显增强了膜的断裂强度和断裂伸长率。在此基础上,将NIPS法和浸涂-交联相结合法制备了针织管复合β-CD/CS多孔膜。通过SEM、接触角、水通量、截留率、拉伸和吸附实验探究不同β-CD含量和戊二醛交联时间对膜性能的影响,从而得出最佳制备工艺参数:β-CD含量为3.5g和交联时间为10min。针织管复合β-CD/CS多孔膜膜表面凹凸不平褶皱较多,膜比表面积较大,有利于提高膜的吸附性能。傅里叶红外光谱(FTIR)结果表明,戊二醛可以使CS和β-CD有效交联。
  然后,通过单因素吸附实验探究吸附时间和初始浓度对吸附性能的影响,发现针织管复合β-CD/CS多孔膜对酚酞的最佳吸附时间为60min,吸附率为85%。吸附符合Langmuir等温吸附模型,对Freundlich模型的拟合度也较高,说明针织管复合β-CD/CS多孔膜对酚酞的吸附过程以单分子层吸附为主,多分子层吸附共存。针织管复合β-CD/CS多孔膜对酚酞的吸附动力学遵循双常数和Elovich模型,说明吸附过程较为复杂,是β-CD的主客体相互作用、非均匀扩散和多孔网络捕获的协同作用。
  针织管复合β-CD/CS多孔膜对Cu2+的最佳吸附时间为240min,吸附率高达97%。吸附符合Langmuir等温吸附模型,说明针织管复合β-CD/CS多孔膜对Cu2+的吸附过程为单分子层吸附。其吸附动力学可以用准二级动力学方程来描述,说明针织管复合β-CD/CS多孔膜对Cu2+的吸附过程以化学吸附为主。为了研究膜的循环再生性能,利用脱附剂对吸附后的膜进行脱附,经过5次吸附-脱附循环实验后,针织管复合β-CD/CS多孔膜的吸附恢复率在80%以上。
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