發(fā)布時(shí)間：2020-04-21 23:23

【摘要】：水中的重金屬離子不能生物降解、難以去除,且易在人體內(nèi)累積,導(dǎo)致各種疾病。為了去除這些有毒離子,本文通過(guò)靜電紡絲法以三氟乙酸(TFA)為溶劑制備純醋酸纖維素(CA)、絲素蛋白(SF)及其共混纖維。在此基礎(chǔ)上利用層層自組裝技術(shù)(LBL)制備SF-PEI自組裝復(fù)合SF納米纖維膜和錨固零價(jià)Fe納米粒子(Fe~0)的SF-PEI多層復(fù)合納米纖維膜,并將它們用于污水中銅離子的吸附。本研究為SF基復(fù)合納米纖維膜用于重金屬離子的吸附提供全面的實(shí)驗(yàn)依據(jù),具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。 TFA為溶劑靜電紡制備的CA纖維連續(xù)、表面光滑,具有良好的可紡性,所制CA納米纖維主要為無(wú)定形結(jié)構(gòu),但卻具有良好的力學(xué)性質(zhì)。當(dāng)SF中添加少量CA(10%),共混體系靜電紡得到的纖維宏觀上呈現(xiàn)均一形貌,纖維直徑變粗;當(dāng)CA添加量大于20%時(shí),SF與CA兩者分相,所得纖維的直徑分布加寬,并出現(xiàn)兩極分化現(xiàn)象。CA能誘導(dǎo)SF分子構(gòu)象發(fā)生β折疊轉(zhuǎn)變,CA的添加量是影響SF構(gòu)象轉(zhuǎn)變的重要因素。當(dāng)添加5~10%CA時(shí),能誘導(dǎo)SF構(gòu)象向β折疊轉(zhuǎn)變,且β-折疊構(gòu)象的比例隨著CA添加量的增加而增加。共混后纖維膜熱學(xué)和力學(xué)性質(zhì)得到改善,尤其是力學(xué)性質(zhì)改善明顯。然后,將制備的SF/CA共混纖維膜進(jìn)行不溶處理(浸泡乙醇),并用Cu~(2+)作為重金屬離子模型,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。結(jié)果表明:共混納米纖維的尺寸穩(wěn)定性得到明顯改善;乙醇處理后納米纖維膜的比表面積在1-2×107m~(-1),孔隙率在80%以上,且具有良好的滲透性。SF/CA共混纖維膜的過(guò)濾效果明顯好于兩者單紡纖維膜,說(shuō)明兩者有一定的協(xié)同效應(yīng)。當(dāng)CA添加量為20%時(shí),對(duì)Cu~(2+)的過(guò)濾效果最佳,達(dá)到22.8mg·g~(-1);再增大CA添加量,Cu~(2+)過(guò)濾效果反而下降。前60分鐘Cu~(2+)吸附量迅速增加(90%);隨著Cu~(2+)離子濃度的增大,過(guò)濾效果先增加后趨于穩(wěn)定,最大過(guò)濾效果達(dá)到65.91mg·g~(-1)。 少于5層SF-PEI自組裝復(fù)合纖維膜保持良好的纖維形貌,纖維直徑集中在300- 500nm,很好地保留了納米纖維的基本特征,是理想的潛在重金屬過(guò)濾材料。繼續(xù)增加SF-PEI自組裝層數(shù),纖維膜形貌嚴(yán)重惡化。復(fù)合納米纖維膜對(duì)Cu~(2+)的過(guò)濾效果隨著SF和PEI的組裝而交替變化,5層SF-PEI復(fù)合納米纖維膜對(duì)Cu~(2+)的過(guò)濾效果達(dá)到59.7 mg·g~(-1),再繼續(xù)增加PEI的組裝層數(shù),過(guò)濾效果增幅不大。準(zhǔn)二級(jí)吸附模型更適于5層SF-PEI復(fù)合納米纖維膜對(duì)Cu~(2+)的靜態(tài)吸附,相關(guān)系數(shù)R2達(dá)到0.9958,且計(jì)算平衡吸附量qeq的值為37.27 mg·g~(-1),與擬一級(jí)模型相比更接近實(shí)驗(yàn)值。其對(duì)Cu~(2+)的吸附既符合朗繆爾等溫模型又符合弗羅因德利希等溫模型。從回歸系數(shù)r2來(lái)看,5層SF-PEI自組裝SF復(fù)合納米纖維膜對(duì)Cu~(2+)的吸附更符合朗繆爾等溫模型,且朗繆爾等溫模型計(jì)算的數(shù)值比弗羅因德利希模型更加接近實(shí)驗(yàn)值。依據(jù)朗繆爾等溫模型5層SF-PEI復(fù)合納米纖維膜對(duì)Cu~(2+)的最大吸附量(qm)確定為83.33mg·g~(-1)。 兩次錨固-還原Fe~0納米粒子的5層SF-PEI自組裝SF復(fù)合纖維膜也保留了納米纖維形貌,由于Fe~0粒子的存在將進(jìn)一步提高材料對(duì)Cu~(2+)的去除效果。纖維表面錨固的Fe~0粒子直徑在10nm以內(nèi),有效阻止了Fe~0納米粒子的團(tuán)聚。隨著錨固-還原次數(shù)的增加, Fe~0納米粒子錨固量增大。錨固-還原2次時(shí),Fe~0納米粒子錨固量?jī)H1.24%;錨固-還原4次時(shí),Fe~0納米粒子錨固量增大非常明顯,達(dá)到6.39%,對(duì)應(yīng)材料的耐熱性略有降低。隨著SF-PEI組裝層數(shù)的增加,Fe~0納米粒子錨固量增大,但增加量沒(méi)有錨固-還原次數(shù)影響大。錨固Fe~0納米粒子后復(fù)合纖維膜對(duì)Cu~(2+)的過(guò)濾效果明顯提高。2次和4次錨固-還原Fe~0納米粒子的5層SF-PEI自組裝SF復(fù)合纖維膜對(duì)Cu~(2+)的過(guò)濾效果分別達(dá)到89.71mg·g~(-1)、108.89mg·g~(-1)。當(dāng)錨固-還原兩次時(shí), SF-PEI自組裝層數(shù)從5增加6,過(guò)濾效果提高不顯著。Fe~0納米粒子對(duì)Cu~(2+)的作用機(jī)理主要是通過(guò)還原作用和吸附作用。
【圖文】：

靜電紡絲法是制備納米纖維物溶液或熔體（紡絲液）帶上高壓靜電，一般下，帶電的紡絲液小液滴在噴絲頭頂點(diǎn)被加力時(shí)，紡絲液小液滴形成噴射細(xì)流。細(xì)流在固化，最終在金屬收集裝置上形成納米纖直流高壓發(fā)生器、計(jì)量泵、毛細(xì)管和收集裝連接，使高聚物紡絲液帶正電荷，負(fù)極接控制毛細(xì)管處紡絲液的流量。計(jì)量泵毛細(xì)管

NH)n，分子量：4300-6500，結(jié)構(gòu)式如圖1-5所示。安富強(qiáng)[51]等人研究表明，線性大分子聚乙烯亞胺對(duì)Cu2+會(huì)發(fā)生快速的螯合作用，生成穩(wěn)定的、四配位的水溶性螯合物，而且PEI 對(duì)Cu2+的螯合作用遠(yuǎn)強(qiáng)于對(duì)Ni2+、Co2+等金屬離子的螯合作用，具有明顯的選擇性。對(duì)Cu2+的螯合作用如圖1-6所示。Gao B J等[52]制備PEI/SiO2復(fù)合膜過(guò)濾材料，并將其用于重金屬離子的吸附。研究表明PEI/SiO2復(fù)合膜對(duì)重金屬離子具有很高的螯合吸附性，對(duì)Cu2+離子的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)吸附量分別達(dá)到25.94 mg·g-1、50.01mg·g-1，，且對(duì)重金屬離子的吸附具有選擇性，Cu2+>Cd2+>Zn2+。由于PEI的水溶液帶正電荷
【學(xué)位授予單位】：江南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：X703

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2635860