吡咯基生物質(zhì)復(fù)合材料的制備及其對水體中六價(jià)鉻離子的綜合治理

發(fā)布時(shí)間：2020-10-11 04:36

　　生物質(zhì)材料作為一種低價(jià)、易得、易降解的基質(zhì),不僅能夠應(yīng)用于能源方面,在作為水體污染物吸附劑方面也有著良好的應(yīng)用。選用生物質(zhì)材料(濾紙、秸稈、明膠)為原料,通過添加聚吡咯(PPy)改性,制備了三種聚吡咯基生物質(zhì)納米復(fù)合材料,均表現(xiàn)出對六價(jià)鉻離子(Cr(Ⅵ))的優(yōu)異吸附效果。PPy的光熱性能和導(dǎo)電性能,使得制備的材料能夠利用光輔助和電輔助進(jìn)行脫附,降低吸附劑對高濃度洗脫劑的依賴,在提高吸附劑重復(fù)使用的同時(shí),還能減少二次環(huán)境污染;PPy氧化態(tài)和還原態(tài)之間的轉(zhuǎn)變,使得制備的PPy納米材料在能吸附Cr(Ⅵ)的同時(shí),還能實(shí)現(xiàn)將Cr(Ⅵ)還原為Cr(Ⅲ),實(shí)現(xiàn)水體中Cr(Ⅵ)的綜合治理。主要研究內(nèi)容如下:1.以濾紙(FP)為載體,以聚乙二醇(PEG)作為交聯(lián)劑,以三氧化鐵作為氧化劑,利用化學(xué)氧化合成法氧化吡咯,制備出高性能的FP/PEG/PPy納米復(fù)合Cr(Ⅵ)吸附材料。制備出的FP/PEG/PPy納米復(fù)合Cr(Ⅵ)吸附材料能夠在3小時(shí)內(nèi)達(dá)到吸附平衡,表現(xiàn)出良好的Cr(Ⅵ)吸附效果。根據(jù)PPy的導(dǎo)電性和吸熱性能,分別進(jìn)行了電輔助解吸附和光輔助解吸附測試,測試結(jié)果表明,在施加-1.0 V還原電壓后的復(fù)合材料的Cr(Ⅵ)釋放量約為不施加電位的Cr(Ⅵ)釋放量6倍;光照條件下復(fù)合材料在解吸附液中釋放的Cr(Ⅵ)的濃度為0.84 mg/L,而黑暗條件下僅為0.31 mg/L,說明材料的光電敏感性能夠顯著提高復(fù)合材料的解吸附過程。2.使用過硫酸銨為氧化劑,將吡咯氧化聚合到秸稈表面,制備出PPy/秸稈復(fù)合材料,PPy/酸解秸稈復(fù)合材料,PPy/酶解秸稈復(fù)合材料,用來處理水體中的Cr(Ⅵ)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,三種PPy/秸稈復(fù)合物對Cr(Ⅵ)均有良好的吸附性能,且其中PPy/酶解秸稈具有最好的吸附效率,吸附容量達(dá)到了10.5 mg/g。根據(jù)實(shí)驗(yàn)所得的吸附數(shù)據(jù)分別代入準(zhǔn)一級動力學(xué)方程和準(zhǔn)二級動力學(xué)方程發(fā)現(xiàn),三種復(fù)合材料在達(dá)到吸附平衡時(shí)準(zhǔn)二級動力學(xué)方程的相關(guān)系數(shù)均大于準(zhǔn)一級動力學(xué)方程的相關(guān)系數(shù),可以確定所制備的材料對Cr(Ⅵ)的吸附過程是由靜電相互吸引引起的化學(xué)吸附。3.通過將吡咯單體均勻分散到明膠/殼聚糖(Gel/CS)、明膠/海藻酸鈉(Gel/SA)、明膠/羧甲基纖維素鈉(Gel/CMC)溶液中,然后利用鉻酸作為氧化劑及印跡離子,通過化學(xué)氧化法原位聚合,將PPy引入Gel/CS、Gel/SA、Gel/CMC水凝膠網(wǎng)絡(luò),制備出Gel/CS/PPy、Gel/SA/PPy、Gel/CMC/PPy離子印跡材料。分別探究了不同的基質(zhì)組分(CMC、CS、SA),不同的吡咯濃度(0.1 M、0.2 M、0.3 M)和不同的明膠/基質(zhì)組分配比(4:0、4:1、4:2)對所制備的Cr(Ⅵ)印跡材料性能的影響,最終發(fā)現(xiàn)基質(zhì)組分為CS,吡咯濃度為0.2 M,明膠與CS比值為4:2時(shí),所制備的Gel/CS/PPy_(0.2)Cr(Ⅵ)印跡材料有著最佳的吸附效果和機(jī)械性能,其吸附容量能夠達(dá)到14.98 mg/g。而且制備的印跡材料對Cr(Ⅵ)表現(xiàn)出優(yōu)異的選擇性能,同時(shí)能夠利用光輔助和電輔助增強(qiáng)Cr(Ⅵ)的脫附過程。本文通過將導(dǎo)電聚合物PPy與生物質(zhì)材料結(jié)合,開發(fā)出了廉價(jià)生物質(zhì)材料的應(yīng)用潛力,由于導(dǎo)電聚合物的引入,賦予了復(fù)合材料在處理Cr(Ⅵ)時(shí)的新特征,如光電敏感性、原位還原、選擇性吸附等,這對于Cr(Ⅵ)的綜合治理具有重要意義。
【學(xué)位單位】：長安大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TB33;X52
【部分圖文】：