改性硅藻土纤维制备工艺及其性能研究

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染料对水污染一直是人们关心的重点问题,目前市面上的一些处理水污染产品的缺点是价格昂贵,而且易出现泥料流失难以处理等造成二次污染。而静电纺丝的存在为吸附领域增添了新的形势,该技术方法简单,操作方便,是目前纤维制备方法之一。通过该方法制成的纤维具有较好的均一性和连续性。目前已有对该技术方法结合无机材料硅藻土制备纤维用于吸附染料,但该项研究尚未成熟,存在纤维易溶于水和对染料吸附性能的探究等问题,因此需要对复合纤维做进一步的研究。通过改变传统硅藻土的应用形式,使其作用得以充分利用。本文将针对硅藻土的结构特性,引入第二组分对硅藻土改性,并利用静电纺丝的方法制备改性硅藻土纤维,研究其对染料溶液的吸附效果。并对材料进行表征。主要研究成果如下:1.硅藻土改性工艺及条件:800℃煅烧硅藻土球磨6h,加入0.8wt%的聚丙烯酰胺(PAM)在碱性条件下50℃水浴加热,搅拌均匀后浸泡10h,烘干研磨得到改性硅藻土。其对亚甲基蓝(MB)的除色率由改性前的86.17%提高到96.7%以上。进一步探究对染料吸附性能的影响因素,最终得出改性硅藻土在10mg/L的亚甲基蓝(MB)溶液中最佳的吸附条件为:改性硅藻土的投加量为3g/L,吸附时间为40min,吸附温度为45℃时,对MB的除色率可以达到97.29%以上。2.改性硅藻土纤维的制备工艺及性能研究:在80℃水浴条件下搅拌2h配制15%的聚乙烯醇(PVA),添加适量改性硅藻土以50℃水浴搅拌制成纺丝液。静电纺丝的电压为14kv,推进速度为0.8ml/h,接收距离为15cm。得到的改性硅藻土纤维在150℃条件下进行80min的热交联改善纤维在水中的溶解性。其溶水率由100%降低到2%左右。亚甲基蓝染料通过改性硅藻土和改性硅藻土纤维吸附后其吸光度由2.05降低至0.17和0.163,说明改性硅藻土纤维仍保持较好的吸附性能。改性硅藻土,交联PVA和改性硅藻土纤维的比表面积分别为39.6 m~2/g、9.1m~2/g和14.7 m~2/g。通过SEM可以观察到:添加2g改性硅藻土的纤维负载的硅藻土相较于1g的量较多,当添加量达到3g时纺丝过程中有大量的液滴滴落导致注射器堵塞无法连续纺丝。红外光谱分析可知吸附过程中的作用力有静电引力、氢键及范德华力,其中起决定作用的是氢键及静电引力。3.改性硅藻土纤维对MB染料吸附模型和机理的研究。结果显示:吸附满足准二级动力学模型;在两种等温吸附模型中,其对染料吸附更符合Langmuir模型(RL=0.99602),为单层吸,最佳拟合方程Qe=(0.016Ce1.75)/(1+0.0027 Ce1.759);热力学模型中,ΔG<0,ΔH<0,ΔS>0,说明对MB染料的吸附以物理吸附为主,是自发的放热反应。
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