基于β-环糊精复合材料的制备及其对有机污染物的吸附性能研究

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染料是一种有机污染物,具有一定的毒性和致癌作用,也会引起过敏、皮炎或皮肤刺激等反应,在水体中稳定存在,难以自然降解,且其颜色往往带来视觉不适。目前,全球范围内每年市售染料超过10万种,年产量超过70万吨。可快速吸附去除水体中染料的新型环保的功能纳米复合材料受到学术界和工业界的广泛关注。本论文以碳球(Carbon spheres,C)和磁性粒子Fe3O4为基体,采用无机包覆二氧化硅和有机聚合环糊精的方法制备了C/SiO2@β-CD和Fe3O4/SiO2@β-CD复合材料,并进行了一系列表征。针对废水中的有机染料结晶紫(CV)进行了吸附行为研究,考察了吸附过程的因素,并采用C/SiO2@β-CD吸附剂填充的固定床,系统研究了对CV染料的去除效果,进行了多因素分析。主要研究内容和结论如下:(1)利用高温碳化法得到了纳米碳球,在其上包覆二氧化硅,进而将β-环糊精聚合在二氧化硅表层,制备了C/SiO2@β-CD复合吸附剂。扫描电镜和透射电镜图表明,合成的复合吸附剂呈现核-壳-壳结构,尺寸大小在500-900 nm范围。与碳球相比,β-CD和SiO2提高了该吸附剂的吸附性能。该吸附剂对CV染料的吸附过程符合Langmuir吸附模型,升高温度和碱性环境更有利于对CV的吸附。且该吸附剂对阳离子染料亚甲基蓝,罗丹明B,和溴酚蓝以及阴离子染料刚果红等表现出良好的吸附性能。(2)采用溶剂热的方法制备了一种磁性复合吸附剂材料Fe3O4/SiO2@β-CD。与C/SiO2@β-CD吸附剂相比,磁性Fe3O4的引入,使该吸附剂具有更高效的操作流程和更高的回收利用率。FT-IR和SEM表征显示,该磁性材料具有核-壳-壳的结构,分散性好。将该材料用于染料废水中阳离子染料CV的去除,由多种因素探讨实验可知,高温和弱碱性环境有利于CV染料的去除,且由多种染料的对比实验得出该材料对阴离子染料具有较好的吸附性能。在再生实验中展现出较高的回收利用率,该材料是一种回收率高,可循环使用的新型吸附剂材料。(3)以C/SiO2@β-CD为吸附剂,考察了吸附固定床对染料CV的吸附行为,探究了多个因素对固定床系统的吸附性能的影响。探究了不同吸附剂填充量,CV染料流速及CV初始浓度下的穿透曲线。结果表明,较低的染料浓度和流速以及较高的吸附剂填充量,吸附效果更好。采用Tomas模型和Yoon-Nelson模型对对比实验进行了拟合,结果表明C/SiO2@β-CD是一种结构稳定,可再生能力强的吸附剂。
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