论文部分内容阅读
当今世界,水污染越来越严重,其中染料污染是最主要的水污染问题之一。刚果红（Congo red,CR）作为一种典型的联苯氨类偶氮染料,在生产和使用过程中流失率高,易进入水体,对环境的危害巨大。传统的物理、化学、生化法在处理工业废水时存在一些不足,如价格昂贵、产生二次污染等,不能广泛应用于染料废水处理。吸附法去除水中的染料具有经济、高效、环境友好、操作简单、可再生等优点而被广泛的应用。因此,开发有效廉价的吸附材料成为了研究的热点,具有重要的研究意义。在众多金属有机骨架材料（Metal Organic Frameworks,MOFs）中,沸石咪唑骨架材料-8（Zeolite Imidazole Frameworks-8,ZIF-8）应用最广泛,不但具备MOFs孔容大、比表面积大、孔尺寸可调等优点,还克服了MOFs材料的一些缺点如热稳定性和化学稳定性差、合成过程复杂、产率低、制备成本高等,在吸附领域内受到了广泛的关注。静电纺丝是一种制备纳米纤维的方法,具有易操作、成本低、产量高、易回收等优点。利用静电纺丝技术制备纳米纤维膜作为吸附剂并用于刚果红染料废水的处理鲜有报道。本研究合成了ZIF-8,采用N2吸附解吸等温线、XRD、FTIR、SEM、XPS等技术对合成的材料进行表征,结果表明ZIF-8样品结构和形貌与文献中报道的一致。在此基础上研究了ZIF-8对CR的吸附性能,结果表明Langmuir模型和拟二级动力学更符合吸附过程,最大吸附容量高达775 mg·g-1。在pH=6.0-8.0时ZIF-8对刚果红的吸附性能最好。吸附容量随离子强度(Na+、Ca2+)的增加缓慢的增加。吸附热力学分析结果表明吸附过程是自发的放热过程。最后讨论了ZIF-8对CR的吸附机理,结果表明吸附过程中存在着静电吸引、孔填充效应、π–π相互作用和氢键相互作用。为了解决ZIF-8粉末易流失的问题,本研究利用静电纺丝技术制备ZIF-8/PVA纤维膜吸附剂,研究了ZIF-8和PVA的配比、静电纺丝参数对膜形态的影响,结果表明在ZIF-8的浓度为10%时可得到表面光滑直径均匀分布的纳米纤维。采用FTIR、EDS、TEM等手段对ZIF-8/PVA纤维进行了表征。在性能测试中ZIF-8/PVA复合纤维膜展现出良好的机械性能,在浸入水中12 h后展现出较好的水稳定性,质量损失仅为7.94%。将其应用到CR的吸附实验中,当CR初始浓度为40 ppm时最大吸附容量高达160 mg·g-1,三次循环利用后保持了95%循环利用率,大于ZIF-8的80%的循环利用率,表明ZIF-8/PVA复合纤维膜保持了ZIF-8的高效吸附特性并具有较好的再生性能。这些结果表明该材料在污水处理领域具有良好的应用前景。