殼聚糖和硅鋁分子篩的凈水功能調(diào)控及其機(jī)制研究.pdf

1、隨著人類城市化進(jìn)程的加快和工業(yè)的迅速發(fā)展，水環(huán)境受到人為破壞和損害的速度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其自身以及人工的修復(fù)速度，形成了日益嚴(yán)重的水污染問題。因此，在可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，開發(fā)和改進(jìn)各種經(jīng)濟(jì)、有效、綠色環(huán)保的水處理材料與技術(shù)已引起了人們極大的關(guān)注。針對目前的研究現(xiàn)狀，本研究以天然高分子材料殼聚糖和多孔硅鋁分子篩為研究對象，使用不同的物理化學(xué)改性方法，制備和改進(jìn)了多種水處理材料，并對其相關(guān)機(jī)制進(jìn)行了研究，為綠色水處理材料的開發(fā)提供了一定的研究基礎(chǔ)

2、。主要包括以下內(nèi)容:
　　(1)提出了一類由H2O2誘導(dǎo)的殼聚糖表面氧化改性方法。研究表明，在改性過程中控制H2O2溶液的濃度以及處理時間，能夠有效地將殼聚糖在弱酸性溶液中對陰離子染料的吸附效率提高60％以上。通過XPS、XRD、FTIR以及CA等表征手段證明，H2O2處理后的殼聚糖表面的無定型部分被氧化降解，而化學(xué)組成以及各功能基團(tuán)均未發(fā)生變化。主要的改性機(jī)制為，殼聚糖表面的無定型部分被降解，使得-NH2基團(tuán)和-OH基團(tuán)之間的氫

3、鍵被破壞，自由的-NH2基團(tuán)和-OH基團(tuán)數(shù)量增加，從而提高了殼聚糖吸附陰離子染料的能力。
　　(2)利用過渡金屬Fe3+對殼聚糖分子網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)控作用，制備了一類磁性殼聚糖-鐵水凝膠吸附劑。此材料能夠有效地解決殼聚糖在堿性廢水中吸附能力差的缺陷，在pH=12條件下，對染料酸性紅73的吸附容量可達(dá)294.5 mg/g，吸附平衡時間小于10 min。并且，此類吸附劑再生方便、回用效率高，對多種染料均具備良好的吸附能力。研究認(rèn)為，殼聚糖

4、-鐵水凝膠在堿性條件下的高效吸附主要由其與染料分子之間的配位作用產(chǎn)生。
　　(3)為了拓展殼聚糖-鐵水凝膠在廢水處理中的應(yīng)用范圍，本研究開發(fā)了殼聚糖-鐵配合物對水中六價鉻Cr(Ⅵ)吸附脫毒的功能。研究表明，殼聚糖-鐵配合物對Cr(Ⅵ)的最大吸附容量為173.1 mg/g，吸附平衡時間小于10 min，同時吸附劑表面88.2％的Cr(Ⅵ)被還原為低毒的Cr(Ⅲ)。通過同步輻射X射線精細(xì)結(jié)構(gòu)(XAFS)以及X射線光電子能譜(XPS)等

5、分析手段證明，殼聚糖-鐵配合物為一個第一殼層包含2N、3O或3N、2O的五配位結(jié)構(gòu)，其對Cr(Ⅵ)的吸附作用主要源于配位作用，而殼聚糖上的C-OH基團(tuán)起到了還原作用，在還原過程中被Cr(Ⅵ)氧化為C=O結(jié)構(gòu)。
　　(4)為了開發(fā)殼聚糖在催化方面的應(yīng)用，本研究利用殼聚糖微球負(fù)載催化劑四磺酸酞菁鈷，制備了一類使用簡便且環(huán)境有好的新型催化劑CoTSPc@Chitosan。其催化H2O2氧化降解酸性紅73，去除率在4小時內(nèi)能夠達(dá)到95％，

6、COD去除率達(dá)到55％，循環(huán)使用效果良好，回用6次后效率沒有明顯改變。實現(xiàn)水溶性酞菁催化劑固載化的同時，有效提高了酞菁催化劑在水中的催化活性。
　　(5)鑒于四磺酸酞菁鈷在水溶液中容易聚合而導(dǎo)致失活的缺陷，本研究利用介孔分子篩MCM-41對催化劑四磺酸酞菁鉆進(jìn)行有效封裝，有效解決了這一問題，明顯提高了其催化活性。調(diào)節(jié)制備過程中的pH值以及選取合適孔徑的分子篩為制備過程中的關(guān)鍵步驟。研究認(rèn)為，孔徑大小為30(A)的介孔分子篩MCM-

7、41能夠?qū)oTSPc單體分子(25(A))起到良好的篩分作用，利用疏水作用將其捕獲而固定在孔道中。同時，有限的MCM-41孔道空間限制了CoTSPc分子間的相互作用，從而避免了其在中性水溶液中的聚合，有效地提高了其催化活性。
　　(6)在研究硅鋁分子篩的過程中，發(fā)現(xiàn)并制備了一類Fe2O3-ZSM-5分子篩催化劑，能夠?qū)-CP的選擇性轉(zhuǎn)化為小分子酸，小分子酸中以甲酸為主。整個轉(zhuǎn)化過程主要通過調(diào)節(jié)ZSM-5的吸附進(jìn)行調(diào)控。通過調(diào)節(jié)