陽(yáng)離子納纖化纖維素基氣凝膠的制備及其對(duì)染料的吸附與光降解.pdf

1、從印染、紡織、印刷等工業(yè)排放的染料廢水是工業(yè)廢水的重要組成部分，這些廢水通常具有較高的生物耗氧量和化學(xué)耗氧量，而且色度高、毒性大、難降解，如果不及時(shí)處理會(huì)對(duì)水體生物和人類健康產(chǎn)生巨大威脅。所以開發(fā)新型高效的染料處理材料成了當(dāng)務(wù)之急。
　　本文以竹漿為原料制備了陽(yáng)離子納纖化纖維素(C-NFC)。而后，以C-NFC為載體，分別制備了C-NFC/CS氣凝膠型吸附材料和N摻雜TiO2/C-NFC氣凝膠型吸附-光降解一體化材料。主要研究成果

2、如下:
　　(1)用2，3-環(huán)氧丙基三甲基氯化銨(EPTAC)對(duì)竹漿進(jìn)行化學(xué)預(yù)處理后，通過高壓均質(zhì)得到了C-NFC懸浮液。并通過簡(jiǎn)單的烘干法將C-NFC懸浮液制備成了透明的纖維素納米紙。通過電導(dǎo)滴定、FT-IR、XRD、TEM和SEM等方法對(duì)C-NFC懸浮液和纖維素納米紙進(jìn)行了表征，并研究了纖維素納米紙的力學(xué)性能和氧氣阻隔性能。結(jié)果表明:C-NFC表面三甲基氯化銨基團(tuán)的含量隨反應(yīng)過程中加入的EPTAC的量增加而上升。并且化學(xué)預(yù)處理

3、過程沒有破壞纖維素的晶型結(jié)構(gòu)，仍為纖維素Ⅰ型。C-NFC的微纖化程度同樣隨EPTAC加入量的增加而變大，而平均聚合度則呈現(xiàn)相反規(guī)律。其中C-NFC1.0的直徑為6.3nm，其懸浮液和制得的纖維素納米紙呈現(xiàn)較高的光透過率。C-NFC1.0制得的納米紙的拉伸強(qiáng)度達(dá)160.7MPa，彈性模量為6.5GPa，高于C-NFC0.5的力學(xué)性能。但是C-NFC0.5的氧氣阻隔性能優(yōu)于C-NFC1.0，且甚至優(yōu)于市場(chǎng)上理想的氧氣阻隔材料乙烯-乙烯醇共聚

4、物(EVOH)膜。
　　(2)以C-NFC為載體，并選用環(huán)氧氯丙烷作為交聯(lián)劑，通過兩步冷凍干燥法制得了機(jī)械性能優(yōu)異的C-NFC/殼聚糖(CS)復(fù)合氣凝膠。用FT-IR、XRD和SEM等方法對(duì)其進(jìn)行了表征。討論了C-NFC和CS的質(zhì)量比、溶液pH值和溫度等對(duì)復(fù)合氣凝膠的吸附性能影響，并對(duì)其吸附動(dòng)力學(xué)和吸附等溫線進(jìn)行了研究。最后，考察了復(fù)合氣凝膠的選擇性吸附能力和吸附可再生性。結(jié)果表明:C-NFC和CS質(zhì)量比對(duì)復(fù)合氣凝膠的染料吸附能力

5、影響不大，而溶液的pH值和溫度對(duì)復(fù)合氣凝膠的吸附能力影響顯著。當(dāng)C-NFC/CS=1∶1，pH=7，25℃時(shí)，復(fù)合氣凝膠對(duì)酸性紅88的吸附量高達(dá)377mg·g-1，是C-NFC氣凝膠的1.4倍，是CS氣凝膠的2倍。整個(gè)吸附過程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)和Langmuir等溫線，說明吸附過程以化學(xué)吸附為主，且屬于單分子層吸附。該復(fù)合氣凝膠還具有很強(qiáng)的選擇吸附能力，能夠分離亞甲基藍(lán)和酸性紅88混合染料。此外，其經(jīng)5次循環(huán)吸附-解吸后，對(duì)酸性紅88溶液

6、的去除率依舊高達(dá)96％，并且氣凝膠的結(jié)構(gòu)完好無損。
　　(3)以C-NFC為載體，分別選取硫酸鈦和尿素做為鈦源和氮源，通過一步水熱合成法原位制備了N摻雜的TiO2/C-NFC復(fù)合氣凝膠。通過TEM、SEM、EDX、FT-IR、XRD和XPS等方法對(duì)其進(jìn)行了表征。研究了該復(fù)合氣凝膠對(duì)甲基橙(MO)的吸附性能和光降解性能，并討論了其吸附動(dòng)力學(xué)和吸附等溫線。最后，考察討論了該復(fù)合氣凝膠可重復(fù)使用性能和降解機(jī)理。結(jié)果表明:復(fù)合氣凝膠中的T

7、iO2為銳鈦礦型，且N成功地進(jìn)入TiO2晶格中。該氣凝膠的吸附過程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)和Langmuir等溫線，說明吸附過程以化學(xué)吸附為主，且屬于單分子層吸附，并且計(jì)算得到10N10Ti-NFC對(duì)MO染料的理論最大吸附量為17.6mg·g-1。此外，復(fù)合氣凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的光降解性能，在90min內(nèi)對(duì)MO染料的降解率高達(dá)99.9％，且其具有優(yōu)異的可重復(fù)使用性能。復(fù)合氣凝膠表現(xiàn)出優(yōu)異的光降解性能主要是因?yàn)門iO2的帶隙能由于N的摻雜而降低，從而