表面功能化磁性碳纳米管吸附有机染料性能的研究

来源 :山西师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:hunyuan
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有机化学物质对水体造成的污染是不容忽视的水生态环境问题之一。有机染料是导致水体色度改变及水生环境恶化突出的一类有机污染物。因纺织、印染、造纸、塑料、皮革、化妆品、制药等行业产品着色的需求,全球每年使用和生产的染料及颜料已超过10,000种,而10-15%的染料会因处理不当而排放进自然水体中,每年约有5万多吨染料会被排放到环境中。在强化污染源头控制的同时,如何采取有效的末端治理技术防治有机染料对水体的污染也是生态环境保护领域值得深入探索的一个问题。纳米技术的发展在促进光电材料制造、通讯、医疗诊断等领域快速发展的同时,也为生态环保技术的发展提供了新的契机。论文针对有机染料对水体污染的问题,借鉴纳米材料在有机染料处理方面已有文献报道的成功经验,以合成制备吸附容量大、便于材料回收的新型磁性纳米吸附剂为目标,采用碳纳米管为基底材料,通过不同可生物降解的有机聚合物对碳纳米管进行修饰及功能化,并进一步负载磁性纳米四氧化三铁的材料,制备了三种磁性纳米吸附剂,并以应用极其广泛的2种阳离子有机染料(亚甲基蓝,碱性品红)和1种阴离子有机染料(刚果红)为去除对象,以其吸附容量、去除效率为关键考量指标,通过吸附条件优化和吸附模型的构建分析了所制备材料的吸附性能及再生性能,具体结果如下:(1)以碳纳米管为基底材料,选择聚天冬氨酸作为表面功能化修饰剂,通过化学交联法将聚天冬氨酸修饰于碳纳米管表面,进一步通过化学共沉淀法将Fe3O4负载于聚天冬氨酸修饰于碳纳米管表面,制备了一种聚天冬氨酸修饰的磁性碳纳米管吸附剂;进一步选择亚甲基蓝作为去除对象,通过吸附条件的优化、吸附动力学、吸附等温模型的构建,将制备的吸附剂在室温下、pH=8.0的溶液中,20 min即可完成对亚甲基蓝的吸附,对亚甲基蓝的最大吸附容量为116.28 mg g-1,吸附容量优于常规吸附剂,且在酸性条件下可通过乙醇解析再生,具有良好的再生性能;(2)以碳纳米管为基底材料,以海藻中天然提取物海藻酸钠为修饰剂,通过化学交联与共沉淀法,制备了一种海藻酸钠修饰的磁性碳纳米吸附剂;所制备的吸附剂对碱性品红具有良好的吸附性能,最佳吸附条件为:T=25℃,pH=8.5,t=20 min,对碱性品红的最大吸附容量为625 mg g-1;吸附动力学及吸附等温过程可通过伪二级动力学模型和Langmuir模型描述;并且该吸附可采用酸性乙醇解析再生(0.1 M稀盐酸:无水乙醇=1:4);(3)基于树枝状大分子结构对称、功能基团丰富的独特性质,以树枝状有机聚合物聚酰胺胺树枝对碳纳米管进行修饰,合成了一种聚酰胺胺修饰的磁性纳米吸附剂;结合聚酰胺胺强正电特性,以阴离子染料刚果红为去除对象,考察了所制备吸附剂对刚果红的吸附性能,最佳吸附条件为:T=25℃,pH=5.0,t=40 min,吸附刚果红的最大吸附容量为178.57 mg g-1,吸附容量明显优于常规吸附剂。本文成功制备了三种吸附性能良好且环境友好型磁性碳纳米吸附材料,所制备的吸附剂可应用于废水中有机染料亚甲基蓝,碱性品红和刚果红的去除,制备的吸附剂及优化的吸附工艺条件为废水中亚甲基蓝,碱性品红和刚果红的末端净化处理提供了一些基础材料和一定的技术支撑;该研究结果也为碳纳米管基吸附剂的制备提供了一些思路。
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