吡咯改性生物质材料的制备及其对水体中酸性品红的吸附/脱附行为研究

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生物质材料是一种环境友好以及易降解的基质材料,在作为水体污染物吸附剂方面有着良好的应用。本文选用了几种来源广泛、价格低廉的生物质材料(羧甲基纤维素钠,明胶,壳聚糖,秸秆)为原料,通过添加聚吡咯(PPy)改性,制备出了生物质基PPy纳米复合材料,均表现出对酸性品红(AF)的优异吸附性能。除此之外,利用PPy优秀的导电性能及光热性能,使得制备的纳米复合材料能够借助光辅助和电辅助进行脱附,降低了吸附剂对高浓度酸碱洗脱剂的依赖,在提高吸附剂循环使用的同时,还避免了可能引起的二次环境污染,主要研究内容如下:1.利用PPy对明胶(Gel)和羧甲基纤维素(CMC)这两种廉价的可再生生物资源进行交联,得到一种新型的PPy基水凝胶,对CMC/Gel/PPy水凝胶的形貌和组成进行了表征。结果表明,CMC/Gel溶液为PPy的分散提供了良好的条件,基于PPy与生物质基质材料的结合,CMC、Gel和PPy衍生的官能团协同作用可形成特定的吸附位点,CMC/Gel/PPy水凝胶对AF呈现出独特的吸附作用。研究了CMC/Gel/PPy水凝胶对AF的吸附过程,并详细讨论了吸附剂用量、温度、初始染料浓度、吸附剂可回收性等影响因素。在最佳条件下,CMC/Gel/PPy水凝胶在24℃60 mg/L的AF溶液中可以在50 min内达到吸附平衡,去除AF的效率约为94%,CMC/Gel/PPy经过至少七个连续的吸附-解吸循环后,其AF去除效率几乎没有变化。2.将PPy分散到Gel和壳聚糖(CS)这两种廉价的可再生生物质材料中,制备了一种新型光敏/电敏水凝胶Gel/CS/PPy,并使用SEM和红外光谱进行了表征。结果表明,在p H为6.5时,Gel/CS/PPy水凝胶对AF的吸附效率最高,为94.2%,对其它四种染料基本不吸附,整个吸附过程是由于静电吸引引起的化学吸附。加入PPy后,Gel/CS/PPy具有光/电响应特性,可以提高吸附剂对AF的洗脱效率,由实验数据可知,光辅助洗脱效率可提高4倍,电辅助洗脱效率可提高2倍左右。3.将吡咯均匀分散到不同秸秆(STR)废料溶液中,使用过硫酸铵(APS)为氧化剂原位氧化吡咯,复合形成秸秆原材料/PPy(STRR/PPy)、酸处理的秸秆/PPy(STRA/PPy)、酸酶处理的秸秆/PPy(STRA/E/PPy)复合材料,并使用超景深显微镜、红外光谱对得到的材料进行了形貌分析和官能团分析。染料吸附实验表明:三种复合材料对AF具有专一性的吸附,其中STRR/PPy吸附效果最好。通过对吸附过程中所涉及的影响因素如温度、染料初始浓度、p H等进行了详细考察,发现在28℃,60 mg/L的AF溶液中,STRR/PPy复合材料可在40 min内达到吸附平衡,AF去除率达到89%。本论文将具有纳米结构的PPy有效分散在生物质基质中,保持PPy的纳米特性及稳定性,推进纳米材料宏观化的应用,所制备的光/电敏感生物复合材料不仅成本低、选择性高,还可针对不同的污染分子进行有针对性的改造,对于水体污染物的治理有着较好的借鉴作用。
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