海藻酸鹽-氧化石墨烯復(fù)合體系的構(gòu)建及應(yīng)用研究.pdf

1、海藻酸鈉(Na-alg)作為一種陰離子天然聚多糖，具有無毒、成膜性、凝膠性和生物相容性好等優(yōu)點，近年來被廣泛應(yīng)用于組織工程、包裝材料、醫(yī)藥和污水處理等領(lǐng)域。但Na-alg自身存在不足如機械強度低、熱穩(wěn)定性差和有限的吸附能力等，因此應(yīng)用受到一定的限制。氧化石墨烯(GO)作為一種新型二維碳材料具有機械強度大，比表面積大，分子結(jié)構(gòu)中含有大量的含氧官能團(tuán)，可功能化改性等特點，近年來受到國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。
　　本文以Na-alg為基體，

2、分別制備了多價金屬陽離子交聯(lián)的Na-alg/GO復(fù)合膜并對比了Na-alg膜改性前后的機械性能和熱穩(wěn)定性;制備了磁性Ca-alg/GO復(fù)合膠珠，探究膠珠對氯代十六烷基吡啶的吸附性能;制備了Ca-alg/GO-C6H4-SH復(fù)合膠珠，研究了膠珠對銅離子的吸附性能，具體研究結(jié)果分以下幾個部分:
　　1.以Na-alg、 GO和多價金屬陽離子為原料成功制備了Na-alg/GO復(fù)合交聯(lián)膜，利用紅外光譜法(FT-IR)、掃描電子顯微鏡(SE

3、M)和X-射線衍射(XRD)對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了表征，同時研究了基于海藻酸鹽復(fù)合薄膜的機械性能和熱穩(wěn)定性。XRD測定結(jié)果表明，Na-alg分子鏈穿插到GO層間，形成夾層結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致GO層間距增大。多價金屬陽離子滲透到GO層間，與GO層間的Na-alg分子鏈發(fā)生相互作用，形成一種三維空間立體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致GO層間距進(jìn)一步增大。多價金屬陽離子交聯(lián)顯著提高了Na-alg/GO復(fù)合薄膜的機械性能和熱穩(wěn)定性。
　　2.采用共沉淀方法在GO表面負(fù)載Fe3

4、O4納米粒子，XRD和TEM測試結(jié)果表明，粒徑尺寸為20-30nm的Fe3O4納米粒子在GO表面均勻分布，GO作為基體和模板有效地解決了Fe3O4納米粒子易團(tuán)聚問題。以Na-alg和負(fù)載了Fe3O4納米粒子的GO為原料制備了磁性Ca-alg/GO復(fù)合膠珠，采用SEM手段探究了冷凍干燥后膠珠的形貌特征。結(jié)果表明磁性Ca-alg/GO復(fù)合膠珠多孔結(jié)構(gòu)非常明顯，具有大的比表面積。探究了磁性Ca-alg/GO復(fù)合膠珠對陽離子表面活性劑氯代十六烷

5、基吡啶的吸附性能。制備的磁性Ca-alg/GO復(fù)合膠珠可作為吸附劑去除氯代十六烷基吡啶，最大吸附量達(dá)到2.87 mmol/g。由吸附等溫線研究表明，膠珠吸附氯代十六烷基吡啶的過程更符合Freundlich吸附等溫線，由吸附動力學(xué)方程可知，吸附能在較短時間內(nèi)達(dá)到平衡，且擬二級動力學(xué)方程更合適描述磁性Ca-alg/GO復(fù)合膠珠吸附氯代十六烷基吡啶的動力學(xué)過程。磁性Ca-alg/GO復(fù)合膠珠對氯代十六烷基吡啶的吸附機理為靜電作用和疏水作用，定

6、量研究得到靜電作用引起的吸附量為1.82mmol/g，氯代十六烷基吡啶自身疏水作用引起的吸附量為1.05 mmol/g。膠珠體系中引入磁性Fe3O4納米粒子，采用磁分離，吸附劑對氯代十六烷基吡啶的分離過程簡單，便于實際操作。
　　3.以GO和對巰基苯胺為原料，采用化學(xué)改性法對GO分子進(jìn)行功能化改性，通過X射線光電子能譜(XPS)、FT-IR、XRD和元素分析等手段表征改性前后GO的結(jié)構(gòu)特征。SEM結(jié)果表明磁性Ca-alg/GO納米

7、復(fù)合膠珠表面有一定的孔結(jié)構(gòu)，膠珠內(nèi)部有大量的空隙，呈多孔狀結(jié)構(gòu)，具有大的比表面積。探究了Ca-alg/GO-C6H4-SH復(fù)合膠珠對銅離子的吸附性能。結(jié)果表明Ca-alg/GO-C6H4-SH復(fù)合膠珠能快速吸附水溶液中銅離子，對銅離子具有很好的吸附能力，最大吸附量達(dá)到125.0 mg/g。由吸附等溫線研究表明，膠珠吸附銅離子的過程更符合Langmuir吸附等溫線，Ca-alg/GO-C6H4-SH復(fù)合膠珠對銅離子的吸附是單分子層吸附。由