氧化石墨改性聚氨酯材料的制备及其在染料废水吸附中的应用

来源 :江苏大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:urtracy2009
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随着纺织、造纸、皮革等科技工业的发展及人们对环境保护的要求,含染料废水的处理已受到社会的极大关注。在众多染料废水处理技术中如氧化处理法、物理吸附法、生化处理技术等,吸附法因其易操作、设计简单、成本低、较低污染残留物等优点,受到广大研究者的青睐。该法中所用的吸附剂,一直是人们关注的焦点,而聚氨酯泡沫材料,具有工艺简单、吸附性能优异、无二次污染等而成为近年来该领域的研究热点。本文根据不同结构的染料废水,设计并制备了系列吸附材料,并详细探讨了处理不同染料的工艺。本论文包括以下四个部分:  (1)固定NCO∶OH比例为3∶1,以聚醚多元醇(N J-330)和甲苯二异氰酸酯(TDI)为主要原料,采用不同质量比的氧化石墨(GO)和二氧化钛(TiO2)混合物为改性剂,以简单的一步法发泡工艺,合成了一系列具有较好吸附性能的改性聚氨酯发泡(GO-TiO2/PUF)材料。与未改性的聚氨酯发泡(PUF)材料相比,GO-TiO2/PUF具有较好的热稳定性。系统研究了GO-TiO2/PUF和PUF处理碱性吩噻嗪类的阳离子型亚甲基蓝(MB)染料模拟废水过程。结果表明:GO-TiO2/PUF的吸附效果明显好于纯PUF,在最佳吸附条件为GO和TiO2比例为3∶2、吸附剂用量为70mg/mL及温度为50℃时,GO-TiO2/PUF的吸附容量达到69.58mg/g;且GO-TiO2/PUF材料对MB的吸附符合准二级动力学方程,吸附行为符合Freundlich等温吸附方程,其吸附是自发的。  (2)采用脂肪族异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)为-NCO反应活性基团源,以氧化石墨(GO)为改性剂,研制了系列含不同质量氧化石墨改性的键合性脂肪族聚氨酯泡沫GO/PU材料。对结构、热稳定性和形貌进行了研究,将所制材料用于吸附处理含三苯甲烷型的孔雀石绿(MG)染料溶液,吸附率可高达99.7%。Langmuir等温方程结果显示,MG在GO/PU材料表面是单分子层吸附,热力学拟合结果为lnKp=-5628.43/T+21.45736(R2=0.9950),吸附为自发性,且GO/PU材料对MG的吸附具有较好的重复使用性能。  (3)采用芳香族甲苯二异氰酸酯(TDI)为-NCO反应活性基团源,以含丰富-OH的氧化石墨(GO)为改性剂,研制了系列含不同质量GO改性的键合性芳香族的聚氨酯泡沫GO/PUF材料。系统探讨了GO/PUF材料吸附碱性品红(BF)染料溶液效果的影响,为二级吸附动力学,其吸附过程可描述为:(1)碱性品红染料分子到达吸附剂表面的边界层,阳离子染料BF分子被GO的负电荷吸引;(2)附着在固体层边缘的BF染料分子开始扩散至GO/PUF材料的表面;(3)进行粒子内部扩散,不断增加的吸附质在表面堆积致使其向GO/PUF数量众多的孔内扩散,使染料分子进入材料内部。等温吸附表明,GO/PUF吸附BF染料,符合Langmuir等温吸附模型。热力学研究表明,BF在GO/PUF上的吸附行为是熵增的自发过程。  (4)以壳聚糖-氧化石墨的复合物为改性剂,制备了系列壳聚糖-氧化石墨/聚氨酯(Ch-GO/PUF)材料,对阳离子型染料结晶紫(CV)的吸附进行了研究。在pH小于7的条件下,由于H+附着在Ch-GO/PUF外层,带正电荷的多孔材料对同带正电荷的CV产生静电排斥。pH大于7,Ch-GO/PUF表面附着OH-从而产生负电荷吸附点。CV分子在Ch-GO/PUF上是均匀地单分子排列,最大吸附量达到64.935mg/g,吸附行为可用准二级动力学描述且为自发的。  本文研制了四类性能优异的吸附材料,其制备工艺简单可行、易于从废水中分离,对染料具有较好的吸附效果,可应用于实际的废水处理。
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