纖維素水凝膠的改性及其對重金屬離子的吸附的性能和機理研究.pdf

1、隨著人類經濟活動的空前發(fā)展和科學技術的不斷進步，水環(huán)境污染問題越加嚴重，且污染水體中含有大量難以降解的有機染料和重金屬離子。染料由于其復雜化學結構，一般的生化處理根本達不到排放標準。而重金屬離子由于它的生物累積性，極易通過食物鏈進入人體。水環(huán)境污染已經嚴重威脅到我們的健康，重金屬離子和有機染料的去除已然刻不容緩。吸附法一直是廢水處理的研究熱點，其吸附劑的選擇更是對吸附效果起著關鍵性作用。常見的吸附劑大多存在難回收，難降解的特點。因此本課

2、題的主要研究目的是為了尋求一種制備工藝簡單，對重金屬離子和有機染料都有不錯的吸附效果，且易于回收可生物降解的磁性纖維素水凝膠，為解決水環(huán)境污染處理開闊一條新的途徑。
　　本文選用丙烯酸（AA）和丙烯酰胺（AM）為單體、過硫酸鉀為引發(fā)劑、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺為交聯劑溶液聚合法對纖維素水凝膠進行二元接枝，并復合γ-Fe2O3納米粒子，制得磁性纖維素水凝膠，完成了對纖維素水凝膠的改性。通過SEM電鏡，FT-IR紅外，TG熱重，Rom

3、an拉曼四種測試手段證明γ-Fe2O3纖維素水凝膠已成功制得。SEM掃描電鏡圖顯示，制備的γ-Fe2O3磁性纖維素水凝膠是一種具有孔道結構的三維網絡高分子。FT-IR紅外分析和Roman拉曼分析證明了水凝膠成功接枝丙烯酸、丙烯酰胺單體，并復合了γ-Fe2O3顆粒。熱重分析證實水凝膠通過改性具有較好的熱穩(wěn)定性。
　　對γ-Fe2O3磁性纖維素水凝膠的合成條件進行優(yōu)選，主要考慮丙烯酸/丙烯酰胺的用量，γ-Fe2O3納米粒子的用量，反應

4、的溫度、反應的時間這四個主要因素的變量對Cu2+、Co2+、Cr3+、孔雀石綠、次甲基藍吸附效果的影響。在確定纖維素用量和糊化條件不變的情況下，得出吸附效果較理想的γ-Fe2O3磁性纖維素水凝膠的合成條件為：AA/AM的用量為6.0 g，γ-Fe2O3的用量為0.4 g，反應溫度為20℃，反應時間為2.0 h。此時對Cu2+、Co2+、Cr3+、孔雀石綠、次甲基藍的吸附容量分別為0.6800 mmol/g、0.3885 mmol/g、0

5、.4766 mmol/g、158.6569 mg/g、130.8059 mg/g。
　　研究γ-Fe2O3磁性纖維素水凝膠對重金屬離子的吸附行為，對Cu2+、Co2+、Cr3+進行水凝膠用量、振蕩時間、吸附動力學、吸附等溫線、pH值等因素的吸附研究，得到：對濃度為0.05mol/L的重金屬離子，磁性水凝膠的最佳用量為0.1000g。且當用量一定的情況下，其對三種重金屬離子的吸附率呈現 Cu2+＞Cr3+＞Co2+。γ-Fe2O3磁

6、性纖維素水凝膠對重金屬離子Cu2+、Co2+、Cr3+的最佳振蕩時間是2.0 h。通過動力學研究結果可知， Cu2+、Co2+、Cr3+的吸附過程均是擬二級動力學吸附，吸附速率被化學吸附所控制，且對于這三種重金屬離子的吸附速率呈現：Cr3+＞Co2+＞Cu2+。γ-Fe2O3磁性纖維素水凝膠對重金屬離子Cu2+、Co2+、Cr3+的吸附等溫線表明Cu2+的吸附符合Freundlich型，Co2+的吸附符合Langmuir型，Cr3+的吸

7、附更加Henry型。初始pH值的研究表明當pH=1~2時，磁性水凝膠對Cu2+、Co2+、Cr3+的吸附量非常小，幾乎為零；當pH=2~4時，吸附量迅速增加；而當pH=4~6時，吸附量仍然增加，只是相對緩慢。
　　研究磁性水凝膠對有機染料的吸附行為，對孔雀石綠、次甲基藍進行水凝膠用量、振蕩時間、吸附動力學、吸附等溫線、pH值等因素的吸附研究可以得到以下結論：對濃度為400mg/L的重金屬離子，磁性水凝膠的最佳用量為0.0250g。