【摘 要】
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随着人类工业化进程的不断发展,对于金属和石油等各种资源的开采使用需求不断增大,从而带来的有机和金属污染也日益严重,金属微量元素污染物质是主要污染物的前三位,也是水体污染的主要物质之一,因此,寻求经济高效、绿色环保的处理重金属离子污染的方法具有非常重大的意义。壳聚糖是一种天然碱性阳离子多糖,分子链上具有大量的羟基和氨基,对于重金属离子具有良好的吸附效果,并且原材料来源广泛,廉价易得,绿色可降解。但是
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随着人类工业化进程的不断发展,对于金属和石油等各种资源的开采使用需求不断增大,从而带来的有机和金属污染也日益严重,金属微量元素污染物质是主要污染物的前三位,也是水体污染的主要物质之一,因此,寻求经济高效、绿色环保的处理重金属离子污染的方法具有非常重大的意义。壳聚糖是一种天然碱性阳离子多糖,分子链上具有大量的羟基和氨基,对于重金属离子具有良好的吸附效果,并且原材料来源广泛,廉价易得,绿色可降解。但是壳聚糖存在酸性介质中化学稳定性差、吸附位点不足以及比表面积较小等缺点。本文制备了两种全新的壳聚糖复合气凝胶材料,通过将具有大量活性吸附位点的β-环糊精和三聚氰胺接枝到壳聚糖分子链上提升其吸附容量,复合无机粒子人造沸石或者碳纳米管后通过凝固浴法和真空冷冻干燥的方法将体系制备成具有良好机械性能和大比表面积的气凝胶。系统研究了各种气凝胶对六价铬离子的吸附行为,并对吸附机理进行了探究。主要内容如下:（1）以壳聚糖（CS）为吸附剂基材,通过戊二醛（GA）接枝三聚氰胺（Me）改性,然后复合碳纳米管（CNT）,使用氢氧化钠凝固浴法和冷冻干燥法制备得到了壳聚糖/三聚氰胺/碳纳米管（CS-Me-CNT）气凝胶,并且通过FT-IR、XRD、BET、SEM、TG等方法进行表征。结果表明三聚氰胺改性壳聚糖反应成功;制备出的气凝胶比表面积远大于原料,壳聚糖粉末比表面积仅为0.82 m~2/g,CS-Me-CNT气凝胶的比表面积为20.94 m~2/g,提升25.54倍,CS-Me的溶胀度为1485%,CS-Me-CNT降低至997%,当p H=3.0时,各种气凝胶对Cr（Ⅵ）具有最大的吸附容量,吸附行为符合Langmuir等温吸附模型和拟二级动力学吸附模型,吸附过程是自发的吸热反应过程。CS-GA气凝胶的最大吸附容量为207.74 mg/g,CS-Me气凝胶、CS-Me-CNT气凝胶的最大吸附容量分别为268.62 mg/g、225.33 mg/g均高于CS-GA气凝胶,并且CS-Me-CNT气凝胶有最好的循环再生性能,重复循环五次吸附实验后,吸附容量保留率为67.10%,明显高于CS-GA气凝胶的51.24%和CS-Me气凝胶的42.87%。（2）以壳聚糖（CS）为吸附剂基材,通过戊二醛（GA）接枝β-环糊精（β-CD）改性,然后复合人造沸石,使用氢氧化钠凝固浴法和冷冻干燥法制备得到了壳聚糖/β-环糊精/人造沸石（CS-β-CD-PT）气凝胶,并且通过FT-IR、XRD、BET、SEM、TG等方法进行表征。结果表明β-环糊精改性壳聚糖反应成功;制备出比表面积远大于原料的气凝胶,壳聚糖粉末比表面积仅为0.82 m~2/g,而CS-β-CD-PT气凝胶的比表面积提升至23.44 m~2/g,比表面积提升28.59倍;CS-β-CD气凝胶的压缩模量为224.28 KPa,CS-β-CD-PT气凝胶的压缩模量提升至1054.22 KPa,溶胀度则从1556%降低至891%。当p H=3.0时,气凝胶对Cr（Ⅵ）的具有最大的吸附容量,吸附行为符合Langmuir等温吸附模型和拟二级动力学吸附模型,吸附过程是自发的吸热反应过程。CS粉末的最大吸附容量为90.95 mg/g,CS-GA气凝胶的最大吸附容量为217.91 mg/g,CS-β-CD气凝胶、CS-β-CD-PT气凝胶的最大吸附容量分别为285.84 mg/g、236.73 mg/g均高于CS-GA气凝胶,并且CS-β-CD-PT气凝胶有最好的循环再生性能,重复循环五次吸附实验后,吸附容量保留率为67.12%,明显高于CS-GA气凝胶的55.41%和CS-β-CD气凝胶的51.38%。结果表明,改性壳聚糖复合气凝胶微珠对于Cr（Ⅵ）具有较大的吸附容量和良好的再生循环性能,对于处理重金属离子污染废水具有良好的应用前景。
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