木质纤维素基三维网络水凝胶对亚甲基兰染料吸附/解吸性能研究

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近年来,三维网络水凝胶由于具有较高的吸附容量、较快的吸附速率和较好的再生性能,在废水处理方面受到了人们的广泛关注。本论文以木质纤维素、丙烯酸和蒙脱土为原料,采用原位插层共聚法制备木质纤维素(羧甲基木质纤维素)-g-丙烯酸/蒙脱土(LNC(CMC)-g-AA/MMT)三维网络水凝胶。研究丙烯酸与木质纤维素(羧甲基木质纤维素)的投料比、丙烯酸单体浓度、中和度、引发剂用量、交联剂用量及蒙脱土用量等反应条件对吸附量的影响,确定三维网络水凝胶的最佳制备条件,并采用X射线衍射仪(XRD)、透射电镜(TEM)、扫描电镜(SEM)、红外光谱仪(FT-IR)和热重分析仪(TGA)等表征手段确定三维网络水凝胶的微观结构。在最佳制备条件的基础上,考察亚甲基兰染料溶液初始浓度、吸附时间、吸附温度及亚甲基兰染料溶液pH值等吸附条件对三维网络水凝胶吸附性能的影响,进一步确定三维网络水凝胶的吸附动力学和吸附等温线模型,探究了三维网络水凝胶的吸附机理。此外,在最佳吸附条件的基础上,采用水浴恒温振荡法和超声波法初步研究三维网络水凝胶的解吸性能,考察盐酸浓度、脱附时间及脱附温度等脱附条件对三维网络水凝胶脱附性能的影响,确定最佳解吸条件,对比了以上两种脱附方法,初步探索其吸附可再生性。本论文的主要研究结果如下:1.研究了LNC(CMC)-g-AA/MMT的制备条件对亚甲基兰染料吸附性能的影响,研究结果显示:LNC-g-AA/MMT的最佳制备条件为丙烯酸与木质纤维素的投料比为7,单体浓度20%,中和度50%,引发剂用量0.30%,交联剂用量0.075%,蒙脱土用量20%,吸附量高达1994.38mg/g;CMC-g-AA/MMT的最佳置备条件为丙烯酸与羧甲基木质纤维素的投料比为6,单体浓度20%,中和度50%,引发剂用量0.20%,交联剂用量0.075%,蒙脱土用量20%,吸附量高达2031.68mg/g。2.采用各种表征手段确定三维网络水凝胶的微观结构,表征结果显示:木质纤维素-g-丙烯酸(LNC-g-AA)共聚物通过破坏蒙脱土的晶体结构插层进入到蒙脱土层间,形成剥离型三维网络水凝胶,羧甲基木质纤维素-g-丙烯酸(CMC-g-AA)通过破坏蒙脱土的晶体结构插入到蒙脱土层间,形成插层-剥离型三维网络水凝胶;LNC(CMC)-g-AA/MMT的热稳定性较LNC(CMC)-g-AA有所改善。3.研究了亚甲基兰染料溶液初始浓度、吸附时间、吸附温度及亚甲基兰染料溶液pH值等吸附条件对LNC(CMC)-g-AA/MMT吸附性能的影响。研究结果显示:当亚甲基兰溶液初始浓度2500mg/L,吸附时间120min,吸附温度30℃,亚甲基兰染料pH值为5时,LNC-g-AA/MMT对亚甲基兰染料的吸附量高达1994.38mg/g;当亚甲基兰溶液初始浓度2300mg/L,吸附时间120min,吸附温度30℃,亚甲基兰染料pH值为5时,CMC-g-AA/MMT对亚甲基兰染料的吸附量高达2031.68mg/g。LNC(CMC)-g-AA/MMT对亚甲基兰染料的吸附均符合伪二级动力学模型和Langmuir等温线模型。且对亚甲基兰染料的吸附属于自发、放热和混乱度减小的过程。4.研究了盐酸浓度、脱附时间及脱附温度等脱附条件对LNC(CMC)-g-AA/MMT脱附性能的影响。研究结果显示:水浴恒温振荡作用下,LNC-g-AA/MMT的最佳脱附条件为:盐酸浓度0.075mol/L、脱附时间120min、脱附温度30oC,脱附率高达83.40%;CMC-g-AA/MMT三维网络水凝胶的最佳脱附条件为:盐酸浓度0.100mol/L、脱附时间30min、脱附温度30oC,脱附率高达79.35%。超声波作用下,LNC-g-AA/MMT的最佳脱附条件为:盐酸浓度0.020mol/L、脱附时间20min、脱附温度30oC,脱附率高达64.97%;CMC-g-AA/MMT的最佳脱附条件为:盐酸浓度0.050mol/L、脱附时间10min、脱附温度30oC,脱附率高达78.73%。水浴恒温振荡条件下,循环脱附吸附实验表明:LNC(CMC)-g-AA/MMT可以循环脱附吸附4次,脱附率仍达72.08%以上。
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