生物质基功能化油水分离材料的制备及其催化性能研究

来源 :石河子大学 | 被引量 : 5次 | 上传用户:zyu03
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水体中的主要污染物包括不可溶性油和可溶性染料在内的有机污染物。这些污染物会通过直接饮用和食物链累积进入人体,从而严重危害人类的身体健康,而可溶性染料大多数都具有生物毒性和致畸致癌性,对人类和其他生物的健康构成极大的威胁。近年来,受自然界启发,所制备的仿生界面材料在油水分离应用上具有优异的处理效率,因此引起了研究人员的广泛关注,但是单一功能的油水分离材料就难以处理水体中的有毒有害污染物。生物质材料例如纤维素,木质素是可再生资源,同时生物质材料具有成本低廉和环境友好等优势。本论文采用生物质基为载体,制备了功能化油水分离材料,实现油水的高效分离和水体中染料的处理。研究的主要内容如下:(1)选用棉布作为基底材料,利用一定比例二甲基硅氧烷(DMDMS)、异丙醇、稀盐酸作为低表面能溶液。同时将制备的海胆状磷化镍(Ni_xP_y)分散在该溶液中。采用浸渍涂层快速制备了聚二甲基硅氧烷(PDMS)包覆Ni_xP_y的多功能棉布。通过接触角测试,证明了低表面能物质PDMS和粗糙度因子海胆状Ni_xP_y对棉布疏水能力的增强,并通过EDX、SEM、和XRD等表征对材料的成分和结构进行分析。该棉布的油水分离效率可达95%。得益于NixPy的高催化活性,该超疏水棉布可在两分钟催化还原88.3%的硝基苯酚。通过油水分离测试、耐摩擦测试以及催化实验证明了棉布的多功能应用。(2)以棉花为原料,通过溶胶-凝胶和冷冻干制造制备纤维素气凝胶,将气凝胶浸渍在溶解有硝酸银和聚乙烯醇(PVA)溶液中,以戊二醛(GA)为交联剂,将PVA牢牢涂覆在气凝胶上,同时利用原位沉淀和紫外光诱导分解在气凝胶上负载Ag/AgCl微纳米粒子。利用SEM、FT-IR、XRD和XPS以及接触角测试,对材料的性能进行表征,Ag/AgCl的负载提供了粗糙结构,PVA成功与纤维素之间通过醚键连接。亲水性官能团(-OH)和粗糙度的引入,使纤维素气凝胶具有超亲水水下-超疏油的性质。该材料对不同种类浮油的油水分离效率均为95%以上,循环实验中的10次循环,其油水分离效率均高于95%,表明该材料具有具有优异的重复使用性。得益于Ag/AgCl的高催化活性,该材料20 min对RhB的降解率达到91.8%。结果表明Ag/AgCl负载超亲水纤维素气凝胶在水体净化上有广阔的应用前景。(3)选用胡杨木作为基底材料,同时利用了胡杨木本身所具有的还原性,通过一步水热法制备银负载的胡杨木。通过XRD、XPS和接触角测试,证明了胡杨木在水热条件下充当还原剂将Ag~+还原为Ag单质,同时暴露出自身的氨基,提高了材料的亲水性。该纳米复合材料对于粒径较小乳滴(粒径为0.5~1μm)有着很好的破乳能力,同时也增加了水溶性有毒有机物与催化剂接触的可能性,5分钟MB的催化转换率为97.21%。循环实验中的5次循环,MB的转换率均保持在90%以上。结果表明该复合材料可用于分离乳化油和催化还原有毒有机物。
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