壳聚糖基复合材料的制备及其对阴离子染料吸附性能的研究

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随着社会、经济的迅猛发展,生态水污染问题日益突出,已经成为当今世界的一大难题。随着纺织、印染、印刷以及制革工业的发展,染料废水的排放对人类和环境的危害巨大。合理有效地治理环境中的染料废水污染,对保护人类生活健康与生态平衡,实现可持续发展有重要的意义。其中,全生物质吸附材料成为研究的热点之一。壳聚糖是一种价格低廉的高分子材料,但是单一的壳聚糖进行染料废水处理时存在着一些问题,例如吸附量较小、在较低pH环境下易破碎、力学性能差等。本文制备了三种新型的壳聚糖基吸附材料,可以做为高效、环保的皮革染料废水处理剂,可成功去除染料废水中的阴离子染料。  本文以壳聚糖为基体,分别以氧化微纤化纤维素(DAMFC)和氧化石墨烯(GO)做为添加剂,制备了三种壳聚糖基复合吸附材料分别为氧化微纤化纤维素(DAMFC)/壳聚糖复合膜、氧化石墨烯(GO)/壳聚糖复合膜、氧化石墨烯(GO)/壳聚糖多孔复合微球,探讨了壳聚糖复合材料对阴离子染料酸性红和刚果红的吸附效果。用傅里叶红外与扫描电镜对所制备的壳聚糖复合材料的结构与形貌进行了表征,测试了复合材料的力学性能,探讨了染料初始浓度、染料溶液pH、时间以及温度对壳聚糖复合材料吸附效果的影响,并进行了等温吸附模型、动力学模型以及热力学模型分析。  DAMFC/壳聚糖复合膜对刚果红染料的吸附性能研究表明,DAMFC/壳聚糖复合膜对刚果红染料的吸附量随着刚果红初始浓度的增加而增加,染料的pH以及染料温度对吸附量的影响不大,最大平衡吸附量为152mg/g(pH=5.5,C0=200mg/L,T=30℃)。对其等温吸附曲线进行模拟,发现其吸附行为符合Langmuir模型;动力学模型符合准二级动力学模型。拉伸力学性能测试表明,随着DAMFC含量的增加,复合膜的拉伸力学性能显著增加。  DAMFC/壳聚糖复合膜对酸性红染料的吸附性能研究表明,DAMFC/壳聚糖复合膜对酸性红的最大吸附量为1288mg/g(pH=4.0,C0=3500mg/L,T=30℃)。加入DAMFC后复合膜的拉伸力学强度比纯壳聚糖膜增大了1倍多。DAMFC/壳聚糖复合膜对酸性红的等温吸附模型符合Freundlich模型;动力学模型更符合准二级动力学模型;吸附过程是一个自发放热过程。  氧化石墨烯(GO)/壳聚糖多孔复合微球对酸性红染料的吸附性能研究表明,加入GO的壳聚糖复合多孔球的最大吸附量为377mg/g(pH=3.0,C0=1500mg/L,T=30℃),比纯壳聚糖微球的最大吸附量(232mg/g)提高了63%。GO/壳聚糖多孔复合微球对酸性红的等温吸附模型同时符合Langmuir与Freundlich模型;动力学模型符合准二级动力学模型;吸附过程为自发放热过程。  GO/壳聚糖复合膜对酸性红染料的吸附性能研究表明,纯壳聚糖膜对酸性红染料的最大吸附量为1186mg/g(pH=4.0,C0=3600mg/L,T=30℃),加入GO后,GO/壳聚糖复合膜对酸性红的最大吸附量达到1657mg/g(pH=4.0,C0=3600mg/L,T=30℃),而,且GO/壳聚糖复合膜拉伸强度是纯壳聚糖膜的两倍,力学强度大大提高。GO/壳聚糖复合膜对酸性红的等温吸附模型符合Freundlich模型;动力学模型符合准二级动力学模型;吸附过程为自发放热过程。
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