冠醚接枝壳聚糖/非织造布复合膜制备及其性能研究

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水体中重金属离子污染是影响水质的重要原因之一,已经引起人们越来越多的关注。重金属废水主要来源于工业废水如印染,冶金,电镀,采矿,以及生活垃圾和交通污染。这些金属离子一旦进入到环境中,会通过水源在生物体内累积富集。一般来说,这些金属离子严重危害人体健康。因此,如何从工业废水以及饮用水除去重金属离子就变得尤为重要。本文将对金属离子具有选择性吸附功能的冠醚分子与具有高吸附性能的壳聚糖高分子材料进行接枝,制备出了兼具冠醚小分子与壳聚糖高分子双重性能的聚合物,并采用相转化法制备复合膜,并探索了复合膜对重金属离子的吸附、分离性能。  通过希夫碱反应制备了冠醚接枝壳聚糖聚合物(CTS-B15C5)。采用FT-IR、TGA、EA等表征其化学结构,并研究了反应时间、乙醇用量、醋酸溶液浓度及壳聚糖与冠醚的比例对冠醚固载量的影响。在单因素实验的基础上采用响应面实验优化反应的工艺参数。实验数据表明:壳聚糖用量为0.5 g时,最佳的接枝条件为冠醚用量1.38 g、乙醇用量为33.34 mL、醋酸溶剂浓度为8%、反应时间为23 h,所得的最大固载量为4.93 mmol/g,与预测值4.97 mmol/g较为吻合。  采用静态吸附实验考察聚合物对金属离子的吸附性能。吸附实验表明,CTS-B15C5对金属离子具有较好的吸附性及选择性。相同条件下,相较于CTS,CTS-B15C5聚合物对Ag+和Pd2+具有较好的选择吸附性,吸附率分别为96.94%、94.27%。CTS-B15C5对不同金属离子吸附顺序为Ag+>Pd2+> Pb2+> Cu2+> Ni2+>Cr3+,选择性系数分别为KAg+/Ni2+=5.40,KAg+/Cr3+=8.59,KPd2+/Cr3+=8.44。  为考察复合膜对金属离子的吸附性能,本文采用相转化法制备冠醚接枝壳聚糖/非织造布基复合膜,并研究了其对Pd2+、Cr3+的吸附性能。以聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)无纺布为内支撑材料,提高膜的机械性能。采用准一级和准二级动力学模型对吸附过程进行拟合。实验结果表明,该吸附过程更适合二级动力学。此外,应用Langmuir和Freundlich热力学模型研究了吸附过程的热力学过程,并利用范特霍夫方程计算该过程中的热力学参数。结果表明,CTS-B15C5/NWF复合膜对金属离子的吸附是自发的,且体系混乱度是增大的。5次吸附-解吸实验结果表明复合膜具有较好的重复利用性。
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