功能化納米纖維素對(duì)染料和離子液體的吸附性能研究.pdf

1、納米纖維素（CNCs）具有高的比表面積，高反應(yīng)活性，表面豐富的羥基結(jié)構(gòu)及高親水性等特點(diǎn)，可作為一種有潛力的新型吸附劑基體材料，用于水體中污染物的高效去除。本課題以三種不同的方法改性納米纖維素，制備了四種具有不同結(jié)構(gòu)、形貌及功能特點(diǎn)的納米纖維素基吸附劑，并系統(tǒng)的研究了功能化納米纖維素對(duì)水體中染料和離子液體的去除能力及吸附機(jī)制。具體工作如下：
　?。?）羧基化納米纖維素去除水體中的陽離子染料。實(shí)驗(yàn)中以纖維素為原料，用硫酸水解的方法制備

2、了一維棒狀的CNCs，用馬來酸酐對(duì)CNCs進(jìn)行改性，在CNCs表面引入較大極性的羧基官能團(tuán)，得到吸附劑CNM。隨后，分別考察了纖維素，CNCs及CNM對(duì)陽離子染料亞甲基藍(lán)，結(jié)晶紫，孔雀石綠及堿性品紅的去除效果。結(jié)果表明，吸附劑CNM對(duì)四種陽離子染料的去除效果相比較纖維素與CNCs均有大幅提高。此外，我們進(jìn)一步詳細(xì)探究了吸附劑CNM對(duì)結(jié)晶紫的吸附性能，包括實(shí)驗(yàn)條件如吸附時(shí)間、溶液pH、吸附溫度及溶液初始濃度對(duì)吸附的影響及吸附機(jī)制。吸附劑C

3、NM對(duì)結(jié)晶紫吸附為自發(fā)的吸熱過程，符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)和Langmuir吸附等溫線模型，對(duì)結(jié)晶紫的最大吸附量可以達(dá)到244 mg g-1。吸附/解吸循環(huán)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，吸附劑CNM可被有效的再生和循環(huán)利用。
　?。?）針對(duì)水體中新興污染物-離子液體，我們以農(nóng)業(yè)固體廢棄物-玉米芯為原料，制備CNCs，用甲基丙烯酸縮水甘油酯改性后，分別接枝具有多羧基結(jié)構(gòu)的二乙烯三乙胺五乙酸和帶有豐富含氧官能團(tuán)且有苯環(huán)結(jié)構(gòu)的磺基水楊酸，合成兩種功能化納米纖維

4、素吸附劑 CNGD和 CNGS。隨后詳細(xì)的考察了兩種功能化納米纖維素對(duì)離子液體[Bmim]Cl的吸附性能。CNGD和 CNGS對(duì)離子液體[Bmim]Cl均表現(xiàn)出了良好的吸附效果，相同條件下吸附量是活性炭的將近兩倍，最大吸附量分別為0.474 mmol g-1和0.499 mmol g-1。兩種吸附劑對(duì)[Bmim]Cl的吸附均符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)和 Langmuir吸附等溫線模型。吸附劑 CNGD對(duì)[Bmim]Cl去除的主要作用力為靜電引力；

5、CNGS除了靜電引力外，吸附劑上的苯環(huán)與[Bmim]Cl陽離子的咪唑環(huán)之間的π-π作用力也起到了關(guān)鍵的作用。以乙醇作為洗脫劑，功能化納米纖維素可以有效地再生。
　　（3）氧化石墨烯/納米纖維素復(fù)合納米材料對(duì)水體中離子液體的吸附研究。我們制備了一維的棒狀 CNCs和二維的片層的氧化石墨烯（GO）的復(fù)合納米材料（GCs），對(duì)GCs進(jìn)行了表征并考察了對(duì)水體中離子液體[Bmim]Cl的吸附性能。吸附劑 GCs表面有豐富的含氧官能團(tuán)且具有明

6、顯的三維多孔形貌特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)對(duì)比了不同GO質(zhì)量分?jǐn)?shù)的GCs（10％-50%）對(duì)[Bmim]Cl去除效果，結(jié)果表明，在GO質(zhì)量分?jǐn)?shù)為30%時(shí)去除能力最大，遠(yuǎn)高于CNCs或GO對(duì)[Bmim]Cl的吸附量。隨后，詳細(xì)考察了實(shí)驗(yàn)條件對(duì)GCs（GO含量為30%）吸附離子液體[Bmim]Cl的影響，并對(duì)多種吸附動(dòng)力學(xué)，吸附等溫線模型進(jìn)行擬合，探究了 GCs對(duì)離子液體[Bmim]Cl吸附機(jī)理。結(jié)果表明，吸附過程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)和Langmuir吸附等溫