酚胺树脂制备及其吸附性能研究

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启发与贻贝粘附蛋白、酚胺自聚和酚羟基氢键结合,本论文设计制备了聚酚胺纤维素改性材料(PCA@AC)、聚酚胺铁氧化物复合材料(PTHA@FeO(OH)n)和单宁酸聚乙烯醇酚羟基氢键结合材料(TA-PVA/SA),并且使用环境扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)、热重分析仪(TGA)、X射线光电子能谱(XPS)、X射线衍射仪(XRD)、比表面积孔径分析仪(BET)、能量色散谱(EDS)、粒径分析仪等对微观形貌,结构,组成,元素,比表面积和粒径进行了表征,并利用模拟污水中的HMI(Cr(Ⅵ))和染料离子(MB、CR)作为吸附质来评估其吸附性能,研究了不同比例吸附剂,接触时间,溶液pH、初始溶度、吸附剂用量、环境温度等因素对吸附剂的吸附性能的影响,对吸附剂的可再生性做了比较和循环,并利用模型对实验数据进行了处理。本论文主要分为三个部分:(1)以制备的纤维素为基料,邻苯二酚胺共聚物为包衣层,通过多种工艺评价,成功地制备了一种新型复合吸附剂PCA@AC。此材料表现出对Cr(Ⅵ)优异的去除性能。系统研究了PCA@AC吸附性能的诸多影响因素,结果表明最好选择0.11:1.1比例制备的25毫克吸附剂;溶液的pH=2是获得高去除率Cr(Ⅵ)的最佳条件;根据准二级动力学模型,前10分钟qe值迅速增加至207.88mg/g;低浓度溶液的R%值约为100%;根据朗缪尔模型,将PCA@AC对Cr(Ⅵ)的单层吸附qm值计算为507.61mg/g;SO42-和PO43-的附加离子导致去除Cr(Ⅵ)的减少趋势。机理研究表明,静电和还原反应是吸附过程中Cr(Ⅵ)去除的主要原因。(2)采用铁氧化物先与单宁酸结合,然后在弱碱性条件下与己二胺形成聚酚胺和铁氧化物的络合物PTHA@FeO(OH)n。该吸附材料对水溶液中刚果红的脱除性能优于其它吸附剂。运用多种表征手段对PTHA@FeO(OH)n吸附剂进行了表征。添加的铁氧化物的PTHA@FeO(OH)n吸附剂要比PTHA吸附剂的粒径小几个数量级,这无疑就增加了PTHA@FeO(OH)n的比表面积,我们相信这是增加吸附剂吸附能力的因素之一。另外本实验系统研究了PTHA@FeO(OH)n吸附性能的诸多影响因素,结果表明,选择1:0.4比例制备的25mg PTHA@FeO(OH)n吸附剂对水溶液中CR的去除效果最好;在吸附过程的初始阶段,CR染料离子的吸附速率非常快,在45分钟时,qt为310.4mg/g;根据朗缪尔模型,将PTHA@FeO(OH)n对CR的单层吸附qm值计算为588.24mg/g,温度为30oC。(3)以PVA为骨架,采用瞬间成壳的新型方法的制备了一种具有三维网状结构的TA-PVA/SA水凝胶微球,并对其进行了表征,同时探究了TA-PVA/SA水凝胶微球作为吸附剂来去除模拟污水中MB染料的能力。实验结果表明,TA的用量对TA-PVA/SA水凝胶微球去除MB染料能力有重要影响,其qm值为147.06 mg/g,明显优于无TA水凝胶。TA-PVA/SA水凝胶微球对MB染料的去除能力受TA含量的多少,接触时间,溶液的pH,溶液的初始浓度,吸附剂的添加量,环境温度和竞争离子的影响。实验数据与Langmuri等温线模型吻合较好,其相应的R2值为0.996,计算得出的qm值是147.06 mg/g,明显高于其它文献报道的吸附剂对MB染料的吸附容量。对TA-PVA/SA水凝胶微球吸附MB染料的热力学也进行了探究,实验数据显示,亚甲基蓝染料离子的去除过程是一个自发反应和放热的过程。经过五个周期吸附-解吸循环后分析,TA-PVA/SA水凝胶微球队MB染料的吸附容量仍然可维持在100 mg/g左右的稳定值,综合以上结果表明,TA-PVA/SA水凝胶微球是一种可有效去除污水中MB染料离子并可进行重复利用的良好的吸附材料,高的吸附容量,良好的可重复利用性,低廉的制备成本和无二次污染等优点使得TA-PVA/SA水凝胶微球在处理含MB染料废水方面更具有竞争力。酚胺树脂材料和单宁酸聚乙烯醇酚氢键结合材料的制备条件温和、操作简单、易于操控,而且单体来源丰富,价格低廉。更主要的是,酚胺树脂类吸附剂具有较大的吸附容量和明显的吸附效果。
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