【摘 要】
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染料造成的水污染严重危害环境安全和人类健康。吸附法因操作简单、经济高效、可循环利用等优点被广泛应用于水体中染料的脱除。聚合物异质微球具有功能分区明确、拓扑结构和孔结构可调、化学和物理组成可设计等特性,在吸附分离领域具有重要应用,因此设计、合成新型高效聚合物异质微球,实现对水体中染料的高效吸附分离具有重要的意义。本文采用乳液界面聚合法,合成了系列基于丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸羟乙酯的亲水/疏水聚合物异
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染料造成的水污染严重危害环境安全和人类健康。吸附法因操作简单、经济高效、可循环利用等优点被广泛应用于水体中染料的脱除。聚合物异质微球具有功能分区明确、拓扑结构和孔结构可调、化学和物理组成可设计等特性,在吸附分离领域具有重要应用,因此设计、合成新型高效聚合物异质微球,实现对水体中染料的高效吸附分离具有重要的意义。本文采用乳液界面聚合法,合成了系列基于丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酸羟乙酯的亲水/疏水聚合物异质微球,通过调控亲疏水单体比例、种子的种类和用量对聚合物异质微球的组成和结构进行调控,获得了聚合物异质微球的可控制备方法;在此基础上,系统研究了聚合物异质微球对孔雀石绿（MG）和碱性品红（BF）的吸附性能,揭示了材料组成和结构与吸附性能的内在关系规律,实现了对MG和BF的高效吸附分离。具体内容如下:1.采用乳液界面聚合法,以丙烯酰胺为亲水单体,苯乙烯、二乙烯基苯为疏水单体,合成了基于丙烯酰胺的亲水/疏水聚合物异质微球,通过改变丙烯酰胺/二乙烯基苯比例、种子类别及用量等对聚合物异质微球的组成和结构进行调控,获得了系列聚合物异质微球并对其结构进行表征,揭示了微球异质结构的形成规律及其影响因素。以MG为典型代表,系统研究了合成的系列聚合物异质微球对染料的吸附性能,详细考察了溶液的p H值、时间、温度、MG的初始浓度、离子强度等因素对吸附性能的影响,并进一步研究了对模拟印染废水中MG的吸附性能。结果表明聚合物异质微球对MG的最佳吸附p H范围为6-10;吸附平衡时间为180 min,吸附过程符合拟二级动力学模型,液膜扩散过程为控速步骤;等温吸附过程遵循Langmuir模型,最大吸附量为106.16 mg·g-1,且对MG的吸附过程属于吸热、自发的化学吸附过程。2.采用乳液界面聚合法,以苯乙烯、二乙烯基苯为疏水单体,丙烯酸为亲水单体,合成了基于丙烯酸的亲水/疏水聚合物异质微球。通过调控丙烯酸/二乙烯基苯比例、种子类别及用量,合成了系列聚合物异质微球并对其结构进行表征,揭示了影响微球异质结构形成的因素及规律。系统研究了合成的系列聚合物异质微球对MG的吸附性能,探讨了溶液p H值、时间、温度、MG的初始浓度、离子强度等对吸附性能的影响,随后评价了其对模拟印染废水中MG的吸附性能。结果表明对MG的最佳p H吸附范围为6-10;对MG的吸附可在180 min达到平衡,吸附过程符合拟二级动力学模型且液膜扩散过程为速控步骤;等温吸附表明基于丙烯酸的聚合物异质微球对MG的吸附同样遵循Langmuir模型,为单分子层吸附;吸附热力学表明吸附过程为吸热、自发的化学吸附过程;再生使用性能表明合成的聚合物异质微球具有良好的循环再生使用性能,可通过乙醇对吸附的MG进行有效洗脱,循环使用5次后吸附效率可达76.8%。3.在上述基础上,控制疏水单体种类不变,选择丙烯酸羟乙酯为亲水单体,通过乳液界面聚合法合成了基于丙烯酸羟乙酯的聚合物微球,通过改变亲/疏水单体比例、种子类别及用量等对聚合物异质微球的结构进行调控,得到了基于丙烯酸羟乙酯的聚合物异质微球的可控制备方法,系统研究了聚合物异质微球对水溶液中MG和BF的吸附性能,探究了溶液p H值、时间、温度、MG的初始浓度、离子强度等因素对吸附性能的影响因素,获得最佳吸附条件;进一步探究了其对模拟印染废水中MG的去除效果。结果表明对MG和BF的最佳吸附范围为6-10;对MG和BF的吸附在250 min达到平衡,吸附过程遵循拟二级动力学模型且液膜扩散为速控步骤;等温吸附过程遵循Langmuir模型,为化学、吸热、自发的吸附过程,对MG和BF的最大吸附量为169.32和128.76 mg·g-1。最后,考察了聚合物异质微球的重复使用性能,循环再生10次后吸附效率仍达92.0%。
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