两种吸附气凝胶的制备与其性能研究

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近年来,在环境保护及个人安全领域,关于吸附剂的各类研究越来越受到人们的关注,并且已经成为目前处理污染物领域的研究热点。事实上,人类对吸附剂的研究由来已久且从未停止。目前主要使用的传统吸附剂,如活性炭等,由于其容易造成环境破坏和二次污染,且吸附能力有限,因此,无法应对当前日益复杂的污染物;沸石与分子筛等一般吸附剂主要用于气体吸附和分离,极大地限制了这类吸附剂的利用领域;聚丙烯酰胺则主要限用于净化生活污水和有机废水。可以看出,传统的吸附剂具有一定的局限性。受气凝胶性质的启发,以及金属有机框架材料(MOFs)的高吸附能力,本研究将MOFs掺杂到其他材料中制备两种吸附气凝胶,并同时研究其相关性能,具体工作内容如下:1.制备了一种由MOF-199,壳聚糖(CS)和部分胺化氧化石墨烯(AFGO)形成的MOF-199@AFGO/CS气凝胶,用于吸附甲醛和甲基橙(MO)。制备的MOF-199@AFGO/CS气凝胶通过扫描电子显微镜、傅立叶变换红外光谱、X射线衍射仪和X射线光电子能谱对其结构和组成进行了表征。此外,还研究了MOF-199@AFGO/CS气凝胶的力学性能和稳定性。结果表明,MOF-199@AFGO/CS气凝胶具有良好的水稳定性、抗压性和热稳定性。对MOF-199@AFGO/CS气凝胶吸附甲醛气体和甲基橙的研究表明,MOF-199@AFGO/CS气凝胶的吸附能力与其孔径大小和表面官能团有关。当孔径适中时,随着气凝胶上氨基和MOF199含量的增加,气凝胶对甲醛气体(197.89 mg/g)和甲基橙(412 mg/g)的吸附能力达到最大。吸附过程遵守Freundlich等温模型和准二级动力学方程,表明化学吸附是决定反应速率的步骤。为该吸附剂同时去除不同形态的污染物提供了可靠的依据,在同时吸附液体污染物和气体污染物方面具有潜在的应用价值。2.通过双冰模板法制备了一种由ZIF-67,两性离子修饰的壳聚糖(SB-CS)和苯醌修饰的氧化石墨烯(QGO)组成的ZIF-67/QGO/SB-CS气凝胶,用于吸附阿霉素盐酸盐、四环素、硫酸钴、甲硝唑、布洛芬、利福平等6种典型的抗生素和其它个人护理产品(PPCPs)。制备的ZIF-67/QGO/SB-CS气凝胶通过扫描电子显微镜、傅立叶变换红外光谱、X射线衍射仪和X射线光电子能谱对其结构和组成进行了表征。此外,还研究了ZIF-67/QGO/SB-CS气凝胶的力学性能和稳定性。结果表明,ZIF/67/QGO/SBCS气凝胶具有良好的抗压性和热稳定性。同时,ZIF-67/QGO/SB-CS气凝胶具有优异的细菌过滤和防污抑菌能力,以及油水分离作用。对ZIF-67/QGO/SB-CS气凝胶吸附PPCPs的研究表明,ZIF-67/QGO/SB-CS气凝胶可以高效吸附PPCPs,通过对四环素的吸附研究发现,吸附过程遵循Langmuir等温模型和准二级动力学方程,表明化学吸附是决定反应速率的步骤。该气凝胶为高效吸附PPCPs提供了有利证据,同时符合绿色环保的理念。
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