本文關(guān)鍵詞：EVOH納米纖維膜功能化及吸附鉻離子和染料的研究

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【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)和社會的發(fā)展,環(huán)境保護(hù)壓力日益突出。重金屬離子及染料污染是導(dǎo)致水體污染的重要因素,鉻(Cr)離子含量是水體重金屬污染防治的監(jiān)測指標(biāo)之一,而水體污染防治直接關(guān)聯(lián)氣體和土壤的質(zhì)量,是環(huán)境保護(hù)中極其關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。吸附技術(shù)作為去除重金屬離子及染料的有效方法在水體處理領(lǐng)域發(fā)揮著其他技術(shù)無法取代的重要作用。具有高比表面積的納米纖維膜作為吸附劑可避免二次分離的弊端,經(jīng)吸附-脫附能實現(xiàn)再生使用。乙烯-乙烯醇共聚物(EVOH)納米纖維膜含有可與重金屬離子、染料發(fā)生絡(luò)合作用的羥基,但對Cr離子、染料吸附能力尚嫌不夠。因此本文設(shè)想利用氨基、亞氨基等活性基團(tuán)對EVOH納米纖維膜表面修飾,使其具備優(yōu)異的Cr離子及染料吸附性能。引入L-賴氨酸(L-Lys)、二乙基三胺(DETA)等對EVOH納米纖維氨基化,以及經(jīng)原位化學(xué)氧化法在其表面自組裝聚吡咯(PPy)、聚苯胺(PANI),使之功能化。系統(tǒng)研究功能化EVOH納米纖維膜對總Cr離子和甲基橙等染料的靜態(tài)吸附性能,主要包括影響因素、吸附行為及循環(huán)使用等。通過熔融共混擠出法和高速氣流沉積法制備厚度可控的EVOH納米纖維膜,直接或經(jīng)三聚氯氰(Cy)、環(huán)氧氯丙烷(EPI)活化接枝L-Lys和DETA,制備L-Lys/EVOH、Cy/L-Lys/EVOH和DETA/EVOH等氨基化EVOH納米纖維膜。Cy/L-Lys/EVOH和DETA/EVOH納米纖維膜表面有部分粘黏,且因氫鍵作用增強(qiáng),氨基化EVOH納米纖維膜的比表面積和水接觸角減小。氨基化EVOH納米纖維膜對Cr離子的吸附實驗表明:溶液初始p H值對吸附影響最大,當(dāng)p H值為2.0時去除率最高,而離子強(qiáng)度對吸附的影響次之;低吸附劑用量時具有很高的吸附量,0.0125 g/30 m L的Cy/L-Lys/EVOH、L-Lys/EVOH和DETA/EVOH納米纖維膜對200 mg/L的Cr(VI)離子溶液中總Cr離子的吸附量分別為234.69、202.18和192.96 mg/g;再生使用性能突出,經(jīng)吸附-脫附循環(huán)使用6次后,DETA/EVOH納米纖維膜對總Cr離子的去除率依然可達(dá)到初次吸附的98%以上;但吸附速率不突出,對50 mg/L的Cr(VI)離子溶液吸附平衡時間約為500 min,總Cr離子去除率分別為75.91%、69.33%和64.5%,但對Cr(VI)離子的去除率分別為97.64%、96.68%和92.04%。氨基化EVOH納米纖維膜對總Cr離子的吸附過程適用擬二級動力學(xué)模型和Freundlich等溫吸附模型,是自發(fā)、吸熱的過程。氨基化EVOH納米纖維膜對染料的吸附實驗發(fā)現(xiàn):Cy/L-Lys/EVOH納米纖維膜對剛果紅、酸性紅88和甲基橙染料吸附效果最好,L-Lys/EVOH和DETA/EVOH納米纖維膜對剛果紅染料吸附性能也較突出。相比于文獻(xiàn)中報道的吸附劑材料,低量氨基化EVOH納米纖維膜具有很高的總Cr離子吸附量,再生使用性能突出。由于氨基化EVOH納米纖維膜對總Cr離子吸附速率慢、去除率低,需要通過提高材料的比表面積、增加材料表面有效吸附官能團(tuán)密度等方式來改善。因PPy的共軛結(jié)構(gòu)和氨基基團(tuán)可有效絡(luò)合Cr離子和染料離子,故以Fe Cl3·6H2O為氧化劑、EVOH納米纖維膜為載體,經(jīng)原位化學(xué)氧化聚合法制備PPy/EVOH復(fù)合納米纖維膜。PPy以小顆粒形態(tài)均勻分布在EVOH納米纖維膜表面及部分孔隙中,使膜比表面積增大、孔隙率略減小。PPy/EVOH復(fù)合納米纖維膜對Cr離子的吸附實驗表明:溶液初始p H值對吸附影響最大,p H值為2.0時去除率最高;吸附速率快且去除率高,0.1 g/30 m L吸附50 mg/L的Cr(VI)離子溶液的平衡時間僅需30 min,且對總Cr離子去除率為86.6%,但對Cr(VI)離子的去除率達(dá)99.2%;共存離子存在時,對Cr離子表現(xiàn)出明顯的選擇吸附性。PPy/EVOH復(fù)合納米纖維膜對甲基橙、剛果紅、酸性紅88和亞甲基藍(lán)等染料的吸附實驗表明:對陰離子染料具有吸附通用性,其中,當(dāng)p H為3.12-6.98范圍時,對甲基橙的吸附速率快,且去除率接近100%,對150 mg/L的甲基橙溶液吸附平衡量為78.09 mg/g;溶液中離子強(qiáng)度對甲基橙的吸附影響不明顯;再生使用性能不突出,吸附-脫附循環(huán)使用6次后,對總Cr離子和甲基橙的去除率分別為初次吸附的79.48%和78%。PPy/EVOH復(fù)合納米纖維膜對總Cr離子和甲基橙的吸附過程均適用擬二級動力學(xué)模型和Langmuir等溫吸附模型,是自發(fā)、吸熱的過程。PPy/EVOH復(fù)合納米纖維膜在吸附-脫附循環(huán)使用過程部分PPy會發(fā)生團(tuán)聚,使再生使用性受限。PANI以氫鍵作用完全均勻包覆納米纖維,避免團(tuán)聚,可進(jìn)一步提高功能化EVOH納米纖維膜的再生使用性能。以過硫酸銨為氧化劑、HCl為摻雜劑,選擇合適的摻雜劑濃度及單體含量,經(jīng)原位化學(xué)氧化聚合法,在EVOH納米纖維表面自組裝PANI,再經(jīng)高速氣流沉積法制備PANI/EVOH復(fù)合納米纖維膜。PANI均勻包覆在EVOH納米纖維表面,復(fù)合膜親水性提高;由于纖維直徑增大,膜孔徑及孔徑分布變寬,而比表面積略減小。PANI/EVOH復(fù)合納米纖維膜對Cr離子的吸附實驗研究表明:溶液初始p H值對吸附影響最大,在p H值為2.0時,去除率達(dá)最大值,對200 mg/L的Cr(VI)溶液中總Cr離子平衡吸附量可達(dá)93.09 mg/L;Cu(II)、Hg(II)、Pb(II)和Cd(II)離子作為共存離子,對Cr離子具有明顯的選擇吸附性;再生使用性能優(yōu)異,經(jīng)吸附-脫附循環(huán)使用6次和25次后,對總Cr離子去除率仍然保持92%和76.7%;對50 mg/L的Cr(VI)溶液中總Cr離子和Cr(VI)離子的去除率分別為81.63%和99.5%。PANI/EVOH復(fù)合納米纖維膜對甲基橙、剛果紅、酸性紅88和亞甲基藍(lán)等染料的吸附實驗表明:對陰離子染料具有較好的吸附效果,其中,當(dāng)p H值為2.08-6.98范圍時,對甲基橙的吸附速率快且去除率接近100%;對150 mg/L的甲基橙溶液吸附平衡量為86.94 mg/g;再生使用性能優(yōu)異,經(jīng)過8次吸附-脫附循環(huán)使用,對甲基橙的去除率仍接近100%。PANI/EVOH復(fù)合納米纖維膜對總Cr離子和甲基橙的吸附過程適用擬二級動力學(xué)模型及Freundlich等溫吸附,是自發(fā)、吸熱的過程。相比于文獻(xiàn)中報道的吸附劑材料,PANI/EVOH復(fù)合納米纖維膜對Cr離子和甲基橙具有突出的吸附速率、吸附量及去除率,再生使用性能優(yōu)異。
【學(xué)位授予單位】：東華大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ342.86

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本文編號：1302579