超支化纖維素基吸附絮凝雙功能材料的合成及其性能研究.pdf

1、工農(nóng)業(yè)廢水的控制與治理是當(dāng)前社會(huì)綠色可持續(xù)發(fā)展的重要課題。在傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)中，絮凝和吸附技術(shù)是分別針對(duì)不可溶性污染物和可溶污染物脫濁脫色最直接有效的處理方法。然而水體污染物質(zhì)種類繁多，單一地使用某種絮凝劑或者吸附劑并不能把所有的污染物去除達(dá)到脫濁脫色的效果，往往需要將絮凝劑和吸附劑聯(lián)合使用，才能夠達(dá)到排放或使用標(biāo)準(zhǔn)。因此，研究和開(kāi)發(fā)具有絮凝沉淀和吸附脫色雙功能的新型材料，實(shí)現(xiàn)其對(duì)廢水中不可溶性、可溶性污染物的同時(shí)高效去除具有重要的科

2、學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　針對(duì)傳統(tǒng)吸附或絮凝材料功能單一、去除效率不佳等問(wèn)題，本論文以纖維素(CE)和支化聚乙烯亞胺(hPEI)為主要原料，通過(guò)分子設(shè)計(jì)和可控合成，制備具有超支化結(jié)構(gòu)的纖維素基吸附絮凝雙功能材料(hPEI-CE)。論文考察了接枝工藝技術(shù)對(duì)所制備hPEI-CE雙功能材料化學(xué)結(jié)構(gòu)及表面電荷特性等的影響;研究了hPEI-CE雙功能材料對(duì)可溶性有機(jī)染料、不可溶高嶺土懸浮液的吸附能力和絮凝效果;在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探索了其對(duì)工業(yè)

3、機(jī)械加工廢水和絲綢印染廢水的脫濁脫色效果。論文研究結(jié)果如下:
　　(1)超支化聚乙烯亞胺-纖維素基雙功能材料的制備:非均相條件下，采用高碘酸鈉將纖維素氧化為二醛纖維素(DAC)，然后利用席夫堿反應(yīng)將hPEI接枝到DAC上，制備具有超支化結(jié)構(gòu)的纖維素基吸附絮凝雙功能材料(hPEI-CE)。在合成過(guò)程中，通過(guò)對(duì)高碘酸鈉氧化工藝和hPEI接枝工藝的控制，獲得了可溶解(s-hPEI-CE)和不可溶解(d-hPEI-CE)的兩種hPEI-C

4、E雙功能材料;優(yōu)化工藝條件下，s-hPEI-CE氨基含量為4.02mmol/g，d-hPEI-CE氨基含量為3.85mmol/g;pH5-12時(shí)，s-hPEI-CE和d-hPEI-CE表面Zeta分別分布在-17～44和-35～30.5eV范圍，具有可調(diào)控的表面電荷特性。
　　(2)超支化聚乙烯亞胺-纖維素基雙功能材料的吸附性能研究:以陰離子染料剛果紅(CR)和陽(yáng)離子染料堿性黃28(BY28)為模型，考察吸附時(shí)間、溫度、吸附劑用量

5、、染料初始濃度等因素對(duì)d-hPEI-CE吸附行為的影響。研究表明，d-hPEI-CE對(duì)兩種染料均具有優(yōu)異的吸附性能，其對(duì)CR和BY28的最大吸附量分別高達(dá)2100mg/g和1860mg/g，二者的去除率分別達(dá)到99％和96.6％;d-hPEI-CE對(duì)CR和BY28的吸附行為符合偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型和Langmuir吸附等溫線;在此基礎(chǔ)上，研究了d-hPEI-CE對(duì)剛果紅(CR)、堿性黃28(BY28)、亮藍(lán)133(BB133)、陽(yáng)離子嫩黃7

6、GL(7GL)、曙紅Y(EY)和活性紅(RR)等6種染料的吸附效果，發(fā)現(xiàn)d-hPEI-CE對(duì)不同結(jié)構(gòu)特性的有機(jī)染料具有不同的吸附能力，呈現(xiàn)出良好的選擇性吸附和智能分離能力。
　　(3)超支化聚乙烯亞胺-纖維素基雙功能材料的絮凝性能研究:以高嶺土懸浮液為模擬水樣，考查絮凝時(shí)間、絮凝劑濃度、絮凝劑用量等對(duì)三種不同氨基含量s-hPEI-CE的絮凝性能的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，添加3mL濃度為80mg/L的s-hPEI-CE時(shí)，整個(gè)體系的Zeta

7、電位值接近為零，絮凝效果最優(yōu)，此時(shí)高嶺土溶液(100mL)的濁度從490NTU降低至3.6NTU;實(shí)際工業(yè)廢水處理發(fā)現(xiàn)，s-hPEI-CE對(duì)機(jī)械加工廢水和絲綢印染廢水均具有較好的脫濁脫色效果，前者的COD和濁度分別由45mg/L和4NTU降至13mg/L和3.2NTU，后者的COD和濁度則由118mg/L和15NTU降到了37mg/L和4.6NTU。因此，本論文所制備的超支化纖維素基吸附絮凝雙功能材料具有十分優(yōu)異的絮凝脫色能力，在工藝廢