植酸/环糊精吸附剂的制备及在水处理中的应用

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近年来,我国科学技术的快速发展使得水污染问题成为了一个重要的课题。染料作为重要的污染物之一,具有很强的毒性。吸附法具有高效率、操作简单的优点,具有广阔的发展前景。环糊精可以与芳香族分子之间形成包合物且丰富的羟基与污染物之间生成氢键,是目前的研究热点之一。但环糊精易溶于水,难以分离。植酸中磷酸基团既可以参与反应且与阳离子染料之间有静电作用。本论文通过植酸为交联剂合成了一系列不同结构的植酸/环糊精吸附剂。具体研究内容如下:(1)植酸(PA)与β-环糊精(β-CD)通过缩合聚合得到了植酸-环糊精吸附剂(PAx-β-CDy)。结果发现β-CD结构保存完好且与染料之间有包合作用,PA中磷酸基团与阳离子染料之间有静电作用。β-CD和PA摩尔比为1:6时,吸附性能最好。最佳吸附条件为吸附剂量为2.50 g/L、pH=10和30℃。在此条件下,PA6-β-CD1对亚甲基蓝(MB)、碱性品绿(MG)、阳离子桃红FG(FG)和结晶紫(MV)的最大吸附量分别为1095、2005.58、1736.32和1930.23 mg/g,吸附速率为0.00206、0.00345、0.00153和0.00282 g/(mg·s)。与其他改性吸附剂相比,PAx-β-CDy对上述染料在吸附量和吸附速率上具有很大优势。(2)为了进一步提升吸附效果,我们利用甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)和马来酸酐(MA)在植酸和环糊精上引入不饱和键,并通过自由基聚合交联得到植酸-环糊精水凝胶(PAxGy-β-CDMz),产率提升140%。PAxGy-β-CDMz为多孔结构,溶胀率较PAx-β-CDy提升225倍,物理吸附作用增强。且MA中羧基与阳离子染料之间有静电作用。物理吸附与化学吸附相结合促进吸附效果。PA与GMA摩尔比为1:6,β-CD与PA摩尔比为1:3时,吸附性能最好。最佳吸附条件为吸附剂量为1.00g/L、pH=10和30℃。PA3G18-β-CDM1在吸附速率几乎不变的情况下,对MB、MG、FG和MV的最大吸附量分别提升22%、82%、72%和65%。(3)为了可以同时吸附阴、阳离子染料,同时降低吸附剂的成本,在PAxGy-β-CDMz基础上以丙烯酰胺为第三单体,制备得到了植酸/环糊精/丙烯酰胺吸附剂(PAxGy-β-CDMz-AMm)。PA、β-CD和AM摩尔比为1:3:12时,吸附性能最好。最佳吸附条件为吸附剂量为1.00 g/L、pH=10(阳离子染料)或pH=3(阴离子染料)和30℃。在此条件下,PA3G18-β-CDM1-AM12对MG(阳离子染料)和MO(阴离子染料)的最大吸附量为分别达到了2791.4 mg/g和823.68 mg/g。此外,对混合阴阳离子染料溶液的吸附效果进行了探究,发现其对阴阳离子染料具有协同吸附的效果。PA3G18-β-CDM1-AM12所需成本与PA3G18-β-CDM1相比降低了10.5%,与活性炭相比基本一致,具有很大前景。
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