聚乙烯亞胺-木質素基吸附材料制備與性能研究.pdf

1、隨著我國工農業(yè)的快速發(fā)展，含有重金屬和染料的廢水的排放量越來越大，對于環(huán)境的威脅越來越嚴重，高效快速去除廢水中重金屬和染料已成為當今環(huán)保領域的重點研究問題。木質素由于其具有來源廣泛、價格低廉、可再生、環(huán)境友好等優(yōu)點已經在許多領域得到廣泛應用。研究表明，對木質素進行化學改性制備的吸附材料可以吸附廢水中的金屬離子和染料分子，已經得到廣泛的關注和應用。
　　本論文依據交聯和靜電自組裝的方法及原理，以堿木質素和木質磺酸鈉為原料，進行系列結

2、構設計，在溫和條件下制備了四種非磁性木質素基吸附材料，并通過包埋的方法對其進一步負載磁性，又制備了四種磁性木質素基吸附材料，以產物的吸附量和含氮量為指標，通過單因素試驗優(yōu)化了吸附材料的合成條件。采用掃描電鏡(SEM)、傅立葉紅外光譜(FT-IR)、X-射線光電子能譜(XPS)、X-射線衍射(XRD)、震動樣品磁強計(VSM)等對吸附材料的結構、形貌和磁性能進行表征。用電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS)測定了吸附材料對重金屬離子Cu2

3、+和Pb2+的吸附性能，利用雙光束紫外可見分光光度計(UV)測定了他們對甲基橙和黑ATT染料的吸附性能，并研究了吸附溫度、溶液的pH、初始濃度、吸附時間四個因素對吸附性能的影響，考察了吸附過程的動力學、熱力學和吸附等溫線。本研究為木質素資源的開發(fā)再利用提供了大量的基礎數據和技術支持。具體研究內容和結果如下：
　　以堿木質素(AL)和聚乙烯亞胺(PEI)為原料，在水介質中，通過戊二醛的交聯作用，制備了聚乙烯亞胺-堿木質素(PEI-A

4、L)吸附材料。并對PEI-AL進一步包埋磁性Fe3O4，制備出了磁性聚乙烯亞胺-堿木質素（Fe3O4-PEI-AL）吸附材料。以PEI-AL的含氮量和對甲基橙、Pb2+的吸附量為指標，通過單因素試驗，確定了PEI-AL較佳的合成條件為:AL和PEI的質量比為1∶1.5，反應溫度25℃，反應時間2h，戊二醛用量20％，該條件下產物的含氮量10.72％，甲基橙和Pb2+的吸附量分別為80.26mg·g-1和103.78mg·g-1。PEI-

5、AL和Fe3O4-PEI-AL對甲基橙、黑ATT、Cu2+和Pb2+的吸附動力學過程均符合擬二級反應動力學模型。PEI-AL和Fe3O4-PEI-AL對Cu2+和Pb2+的吸附符合Langmuir模型，屬于單分子層均勻表面吸附，對甲基橙和黑ATT的吸附符合Freundlich模型，屬于非均勻表面吸附。PEI-AL和Fe3O4-PEI-AL對Cu2+和Pb2+的吸附熱力學結果表明，吸附過程是一個放熱和熵減小的自發(fā)過程，而對甲基橙和黑ATT

6、的吸附是一個吸熱和熵增加的自發(fā)過程。
　　以木質素三甲基季銨鹽(QL)和聚乙烯亞胺(PEI)為原料，在水介質中，以戊二醛為交聯劑，在水溶液中制備了聚乙烯亞胺-木質素三甲基季銨鹽(PEI-QL)吸附材料。并進一步對磁性Fe3O4進行包埋，制各出了磁性聚乙烯亞胺-木質素三甲基季銨鹽(Fe3O4-PEI-QL)吸附材料。以Fe3O4-PEI-QL的含氮量和對甲基橙、Pb2+的吸附量為指標，通過單因素試驗，確定了較佳的合成條件為:QL和P

7、EI質量比為1∶1，反應溫度35℃，反應時間3h，戊二醛用量25％，該條件下產物的含氮量11.97％，甲基橙吸附量為126.71mg·g-1，Pb2+的吸附量119.02mg·g-1。PEI-QL和Fe3O4-SL-PEI對甲基橙、黑ATT、Cu2+和Pb2+的的吸附動力學過程符合擬二級反應動力學模型;PEI-QL和Fe3O4-PEI-QL對Cu2+和Pb2+的吸附符合Langmuir模型，屬于單分子層均勻表面吸附，PEI-QL和Fe3

8、O4-PEI-QL對Cu2+和Pb2+的吸附熱力學結果表明，吸附過程是一個放熱和熵減小的自發(fā)過程。對甲基橙、黑ATT的吸附符合Freundlich模型，屬于非均勻表面吸附，對甲基橙、黑ATT的吸附熱力學結果表明吸附是一個吸熱和熵增加的自發(fā)過程。
　　以木質素磺酸鈉(SL)和聚乙烯亞胺(PEI)為原料，在常溫水介質中，通過戊二醛的交聯作用，制備了聚乙烯亞胺-木質素磺酸鈉(PEI-SL)吸附材料。并進一步對磁性Fe3O4進行包埋，制備

9、出了磁性聚乙烯亞胺-木質素磺酸鈉（Fe3O4-PEI-SL）吸附材料。以甲基橙、Pb2+吸附量和含氮量為指標，通過單因素試驗，確定了PEI-SL較佳的合成條件為:SL和PEI質量比為1∶2.5，反應溫度25℃，反應時間2h，戊二醛用量15％，該條件下產物的含氮量13.14％，甲基橙吸附量95.74mg·g-1，Pb2+吸附量163.72mg·g-1。PEI-SL和Fe3O4-PEI-SL對甲基橙、黑ATT、Cu2+和Pb2+的的吸附動力

10、學過程符合擬二級反應動力學模型。PEI-SL和Fe3O4-PEI-SL對Cu2+和Pb2+的吸附符合Langmuir模型，屬于單分子層均勻表面吸附，吸附過程是一個放熱和熵減小的自發(fā)過程。對甲基橙、黑ATT的吸附符合Freundlich模型，屬于非均勻表面吸附，是一個吸熱和熵增加的自發(fā)過程。
　　通過靜電組裝作用，以木質素磺酸鈉(SL)和聚乙烯亞胺(PEI)為原料，在常溫水介質中，制備了靜電自組裝聚乙烯亞胺-木質素磺酸鈉、(SL-P

11、EI)吸附材料。并通過靜電作用對磁性Fe3O4進行靜電組裝，制備出了磁性靜電自組裝聚乙烯亞胺-木質素磺酸鈉(Fe3O4-SL-PEI)吸附材料。以甲基橙、Pb2+吸附量和含氮量為指標，通過單因素試驗，確定了SL-PEI較佳的合成條件為:SL和PEI質量比為1∶3，反應溫度25℃，反應時間1h，pH值為5，該條件下產物的含氮量13.57％，甲基橙吸附量78.76mg·g-1，Pb2+吸附量148.5mg·g-1。SL-PEI和Fe3O4-