魔芋葡甘聚糖-碳納米管氣凝膠附著機(jī)理及應(yīng)用研究.pdf

1、作為世界超級人口大國的中國，專家預(yù)計(jì)到本世紀(jì)2030年，人口數(shù)量將達(dá)到16億，屆時(shí)人均陸地面積將降為0.008平方公里，與世界人均0.3平方公里的水平相差甚遠(yuǎn)。且陸地上的各類資源，隨著人口的增長、人為的開發(fā)和破壞，日漸匾乏，破壞狀況令人擔(dān)憂。為了滿足十幾億人口對食物、淡水的日益增長的需求,在運(yùn)用科學(xué)發(fā)展觀和可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)上,采用納米吸附技術(shù)等現(xiàn)代高新技術(shù)，合理開發(fā)利用海洋資源和重復(fù)可循環(huán)利用治理污染水源,是未來海洋資源和污水開發(fā)、利用

2、的必由之路。魔芋葡甘聚糖（KGM）是一種天然高分子多糖，在溶膠狀態(tài)下，添入堿同時(shí)加熱，可脫去乙酰基團(tuán)，得到非常有彈性的凝膠，類似于橡膠。本文以魔芋粉、碳納米管為實(shí)驗(yàn)對象，通過添加不同復(fù)配魔芋葡甘聚糖-碳納米管氣凝膠，并進(jìn)行力學(xué)、物理學(xué)性質(zhì)對比比較，最后采用吸附試驗(yàn)，探討模擬研究魔芋葡甘聚糖-碳納米管氣凝膠的應(yīng)用。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴分別制備魔芋葡甘聚糖-單壁、雙壁、多壁碳納米管氣凝膠的實(shí)驗(yàn)，對比不同魔芋葡甘聚糖-碳納米管氣

3、凝膠品質(zhì)的力學(xué)、物理學(xué)性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明添加了單壁、雙壁、多壁碳納米管后，脫乙酰KGM復(fù)合溶膠能夠更好地支撐重于自己數(shù)倍重量的物體，且還原性較好。所有的KGM在溶膠中的剪切粘度與剪切速率偏離了線性關(guān)系，流動曲線符合Power Law模型σ=Kn。單壁和雙壁復(fù)合體中，流體假塑性隨著濃度的增加呈現(xiàn)增加的趨勢，表觀粘度增加。多壁復(fù)合體流體假塑性隨著濃度的增加，表觀粘度顯著下降，流體假塑性減少。動態(tài)頻率掃描表明，各個(gè)配比的復(fù)合溶膠的樣品測試差異

4、比較大，所有樣品均具有較寬的線性點(diǎn)彈區(qū)。在低頻率下，KGM、脫乙酰KGM-單壁和雙壁碳納米管復(fù)合溶膠的損耗模量（ G?）均大于儲能模量（ G?）。質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)表明不同濃度的脫乙酰KGM-單壁和雙壁碳納米管復(fù)合凝膠的質(zhì)構(gòu)特性參數(shù)較為接近，脫乙酰KGM-多壁碳納米管復(fù)合凝膠的壓縮性幾乎只有脫乙酰KGM--單壁和雙壁碳納米管復(fù)合凝膠壓縮性的一半，但彈性、內(nèi)聚性和回復(fù)性又比脫乙酰KGM--單壁和雙壁碳納米管凝膠的參數(shù)高出一倍。⑵分別制備無添加、魔芋

5、葡甘聚糖-羧基化、羥基化魔芋葡甘聚糖氣凝膠的實(shí)驗(yàn)，對比添加不同基團(tuán)的碳納米管所形成的魔芋氣凝膠的力學(xué)性質(zhì)與物理性質(zhì)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明添加了羥基、羧基碳納米管后，脫乙酰KGM復(fù)合溶膠能夠更好地支撐重于自己數(shù)倍重量的物體，且還原性較好。所有的KGM在溶膠中的剪切粘度與剪切速率偏離了線性關(guān)系，流動曲線符合Power Law模型σ=K?n，溶膠均表現(xiàn)為假塑性流體。動態(tài)頻率掃描表明，各個(gè)配比的復(fù)合溶膠的樣品測試差異比較大，所有樣品均具有較寬的線性點(diǎn)彈

6、區(qū)。在低頻率下， KGM、脫乙酰KGM-羧基、羥基魔芋葡甘聚糖復(fù)合溶膠的損耗模量（G?）均大于儲能模量（G?）。質(zhì)構(gòu)數(shù)據(jù)中可以看出無添加碳納米管的KGM復(fù)合凝膠質(zhì)構(gòu)的各項(xiàng)指標(biāo)均比添加了碳納米管的KGM復(fù)合凝膠低。⑶以羧基魔芋葡甘聚糖-碳納米管氣凝膠作為吸附劑，對甲基橙溶液進(jìn)行吸附，通過標(biāo)準(zhǔn)曲線、pH值、離子強(qiáng)度、動力學(xué)、熱力學(xué)等實(shí)驗(yàn)，研究魔芋葡甘聚糖-碳納米管氣凝膠對甲基橙的吸附能力，得出以下結(jié)論：隨著pH升高，吸附量從高逐漸降低，在p

7、H=7時(shí)最低，之后隨著pH值的升高逐漸緩慢上升。當(dāng)p H=3時(shí)，吸附量最高，為18.18 mg/g；當(dāng)pH=7時(shí)，達(dá)到吸附量最低值為0.25mg/g；通過離子強(qiáng)度對吸附影響實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)Cacl2溶液對甲基橙吸附影響不大，而當(dāng)NaCl濃度≤0.20mol/L，隨著NaCl濃度增加，羥基化多壁魔芋葡甘聚糖-碳納米管氣凝膠對甲基橙吸附量均勻不變，為6mg/g的吸附量。當(dāng)NaCl濃度＞0.20mol/L，吸附量迅速上升，達(dá)到12mg/g的吸附量；