【摘 要】
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水体中的油污染正严重危害着人们的健康以及生态环境,因此开发高吸收倍率、可重复使用、环保可再生的吸附材料很有必要。细菌纤维素(BC)气凝胶是一种超轻、多孔、可降解的三维材料,极高的吸附性使其在处理污染废水方面有广泛的应用前景;氧化石墨烯(GO)作为新型碳材料,具备高孔隙率、高比表面积、高机械强度、表面易改性等优点,可提高材料的力学性能,也可用于染料吸附。因此,以细菌纤维素为主的气凝胶经过适当机械增强
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水体中的油污染正严重危害着人们的健康以及生态环境,因此开发高吸收倍率、可重复使用、环保可再生的吸附材料很有必要。细菌纤维素(BC)气凝胶是一种超轻、多孔、可降解的三维材料,极高的吸附性使其在处理污染废水方面有广泛的应用前景;氧化石墨烯(GO)作为新型碳材料,具备高孔隙率、高比表面积、高机械强度、表面易改性等优点,可提高材料的力学性能,也可用于染料吸附。因此,以细菌纤维素为主的气凝胶经过适当机械增强、疏水改性后都是非常理想的“绿色”的吸油材料。本研究主要分为3个部分:(1)以BC为基材,采用冷冻干燥技术制备气凝胶,探究不同BC浓度、溶液p H、醇置换对BC气凝胶表面形貌、化学结构、孔隙结构、热学性能的影响,得到最佳BC浓度及溶液p H的气凝胶;(2)在上述基础上,利用丁烷四羧酸(BTCA)与BC分子上的羟基发生化学反应进行交联,冷冻干燥制备气凝胶后经过高温短时间处理,制备出交联BC气凝胶,并探究BTCA添加量对BC气凝胶表面形貌、化学结构、孔隙结构,热学性能、力学性能的影响,测试了交联气凝胶的吸油性能以及循环使用性能,通过表征得出最佳交联剂添加量;(3)为进一步增加交联BC气凝胶的力学性能、循环使用性能和吸油性能,在上述基础上加入GO,探究GO添加量对BC气凝胶的表面形貌、化学结构、孔隙结构、热学性能、力学性能的影响,得到最佳GO添加量,然后再利用气相沉积对此复合气凝胶进行疏水改性,并调整改性时间。最后测试了复合气凝胶的疏水性能、吸油性能、循环使用性能及油水分离性能,并进行相应表征。结果表明:当BC浓度为0.7%、溶液p H为4、采用叔丁醇置换、BC/BTCA/GO比为100/10/5、疏水处理时间为3.5 h,所得交联复合气凝胶内部三维片层结构均匀,无晶体颗粒析出,线性收缩率低至5.88%,孔隙率高达99.9%,其比表面积、孔容均极大提高,平均孔径从28.2 nm减小到1.9 nm;其热稳定性相较BC气凝胶大大提高,600℃时质量剩余率由15.9%增加到41.5%,最大热降解温度由285℃提高到331℃;具有良好的压缩循环性,在50%应变下压缩10次后,其最大压缩应力为20.2 k Pa,在水中压缩结构依旧稳定;当疏水处理时间为3.5 h时,疏水效果较好,接触角达到152°;其对乙醇、正己烷、石油醚、丙酮、石蜡油、机油、食用油的吸附效率分别为51 g/g、50g/g、45 g/g、79 g/g、204 g/g、131 g/g、106 g/g,对乙醇的萃取循环性较高,萃取循环20次之后,吸附量仅减少了14.8%,对石蜡油压缩循环20次吸附量仅减少了38%,同时其对水上、水下油剂能快速吸附,并且具有很好的油水分离效果。
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