磁性改性壳聚糖/导电聚苯胺的制备及其重金属离子和染料吸附性能

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本文采用改良共沉淀法制备磁性纳米粒子,然后用壳聚糖对磁性纳米粒子进行表面改性,得到壳聚糖改性磁性纳米粒子,最后将壳聚糖改性磁性纳米粒子与苯胺和邻氨基苯磺酸单体进行化学氧化接枝共聚,制备磁性改性壳聚糖/导电聚苯胺吸附剂,采用Uv/vis、TEM、TGA、SEM、FTIR、XRD等表征手段表征磁性纳米粒子、壳聚糖改性磁性纳米粒子和磁性改性壳聚糖/导电聚苯胺吸附剂的结构和形貌,研究了磁性纳米粒子、壳聚糖改性磁性纳米粒子和磁性改性壳聚糖/导电聚苯胺吸附剂的磁性能,探讨了聚合反应参数和吸附条件对磁性改性壳聚糖/导电聚苯胺吸附剂重金属离子Pb2+及染料甲基橙和亚甲基蓝吸附性能的影响,研究了磁性改性壳聚糖/导电聚苯胺吸附剂重金属离子和染料的吸附热力学和吸附动力学,得到具有多孔结构和多种吸附基团、吸附速率较快、吸附容量较大、易磁性固液分离和易重复使用的磁性改性壳聚糖/导电聚苯胺吸附剂,主要研究结果如下:1、TEM表明磁性纳米粒子和壳聚糖改性磁性纳米粒子粒径均为15-25 nm,具有不规则颗粒形状,经过壳聚糖改性的磁性纳米粒子团聚现象有所降低。SEM表明磁性改性壳聚糖/导电聚苯胺吸附剂表面粗糙不平整,具有大小不均的孔隙。2、磁性纳米粒子的饱和磁化强度达到67.8 emu/g,壳聚糖改性磁性纳米粒子的饱和磁化强度降幅小,磁性改性壳聚糖/导电聚苯胺吸附剂的饱和磁化强度降幅较大,但仍具有一定的磁响应性能。磁性纳米粒子、壳聚糖改性磁性纳米粒子和磁性改性壳聚糖/导电聚苯胺吸附剂的剩磁和矫顽力均趋于零。磁性纳米粒子分散液和壳聚糖改性磁性纳米粒子分散液均具有丁达尔现象。3、FTIR表明磁性改性壳聚糖/导电聚苯胺吸附剂具有目标结构。XRD表明聚苯胺基体为非晶态结构,壳聚糖改性磁性纳米粒子与苯胺及苯胺衍生单体的化学接枝共聚,并没有改变磁性纳米粒子的晶型和结构,TGA表明壳聚糖对磁性纳米粒子表面包覆率为5.3%。4、当壳聚糖改性磁性纳米粒子用量为15%、单体浓度为10%、苯胺/邻氨基苯磺酸质量比为8:2、过硫酸铵用量(与单体摩尔比)为1:1时,磁性改性壳聚糖/导电聚苯胺吸附剂亚甲基蓝吸附容量分别达到最大值。当壳聚糖改性磁性纳米粒子用量为15%、单体浓度为10%、苯胺/邻氨基苯磺酸质量比为8:2、过硫酸铵用量(与单体摩尔比)为1.25:1时,磁性改性壳聚糖/导电聚苯胺吸附剂甲基橙想吸附容量分别达到最大值。当壳聚糖改性磁性纳米粒子用量为15%、单体浓度为10%、苯胺/邻氨基苯磺酸质量比为6.5:3.5、过硫酸铵用量(与单体摩尔比)为1.25:1时,磁性改性壳聚糖/导电聚苯胺吸附剂重金属铅离子吸附容量分别达到最大值。5、磁性改性壳聚糖/导电聚苯胺吸附剂甲基橙的吸附过程符合Freundlich多分子层等温吸附模型,磁性改性壳聚糖/导电聚苯胺吸附剂亚甲基蓝的吸附过程符合Langmuir单分子层等温吸附模型。磁性改性壳聚糖/导电聚苯胺吸附剂亚甲基蓝和甲基橙的吸附动力学均符合准二级动力学方程。磁性改性壳聚糖/导电聚苯胺吸附剂重金属离子Pb2+的吸附过程符合Langmuir单分子层等温吸附模型,吸附动力学符合准二级动力学方程。6、通过5次的解吸与循环再生利用,磁性改性壳聚糖/导电聚苯胺吸附剂对重金属铅离子和甲基橙染料的吸附容量均超过第一次吸附容量的80%,解吸过程重金属离子和染料解吸率均超过90%,表明磁性改性壳聚糖/导电聚苯胺吸附剂具有良好的解吸与循环再生利用性能。
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