納米纖維素復(fù)合凝膠的制備及其應(yīng)用.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和工業(yè)的迅速發(fā)展，水污染的問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重。盡管排放的廢水都經(jīng)過(guò)一定的處理，但是仍然含有難以生物降解的染料和重金屬離子等。在眾多的染料和重金屬離子的去除方法中，吸附法由于其操作簡(jiǎn)單、能耗低和吸附劑可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)成為廢水處理的研究熱點(diǎn)。吸附劑的選擇對(duì)吸附作用至關(guān)重要。傳統(tǒng)的吸附材料選擇性差、吸附效率低、表面積小、吸附位點(diǎn)少，因此，納米吸附材料受到越來(lái)越多的重視。與傳統(tǒng)的吸附材料相比，納米吸附材料表面積大、吸附位點(diǎn)多、

2、吸附效率高。纖維素是天然的可再生資源，由其制備的納米纖維素不但具有纖維素的基本結(jié)構(gòu)和優(yōu)良性能，而且還具有納米顆粒的特性，例如大的比表面積、高彈性模量和反應(yīng)活性。通過(guò)對(duì)其改性，可以獲得具有優(yōu)良吸附性能的納米纖維素吸附材料。本文以納米纖維素和含氨基的高分子化合物為原料，制備了納米纖維素基復(fù)合凝膠，并研究了其對(duì)陰離子染料和重金屬離子的吸附性能。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴利用64％濃硫酸水解漂白闊葉木硫酸鹽漿（BHKP）制備納米纖維素（

3、NCC），利用 NaIO4氧化 NCC，制得雙醛納米纖維素（DANC），然后通過(guò)席夫堿反應(yīng)，將聚乙烯胺（PVAm）與 DANC交聯(lián)，制備得到表面含有大量氨基基團(tuán)的納米纖維素-聚乙烯胺（NCC-PVAm）微凝膠。利用FT-IR、元素分析、XRD及AFM等對(duì)微凝膠結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行表征，并探討了NCC-PVAm微凝膠在不同pH下的Zeta電位和潤(rùn)脹率。FT-IR分析表明，NCC分子鏈上的羥基被部分氧化成醛基。DANC和 PVAm發(fā)生反應(yīng)，出現(xiàn)新的

4、 C=N的伸縮振動(dòng)峰，說(shuō)明成功制備出NCC-PVAm微凝膠。XRD分析表明，NCC經(jīng)NaIO4氧化后纖維素-Ⅰ仍保持晶體結(jié)構(gòu)，但結(jié)晶指數(shù)從63.0%降到56.3%，而NCC-PVAm微凝膠的結(jié)晶度幾乎完全消失。AFM觀察表明，NCC-PVAm微凝膠是由粒徑在200-300 nm的微球粒子組成。由于氨基的質(zhì)子化，在低的pH值下，微凝膠的Zeta電位為正值。隨著pH值的增加，由于表面氨基的去質(zhì)子化和羧基的解離，Zeta電位逐漸降低并變?yōu)樨?fù)值

5、。⑵將NCC-PVAm微凝膠作為吸附劑，吸附水體中的陰離子染料（包括賽馬士德大紅染料、剛果紅染料、活性嫩黃染料）和重金屬離子(括Cr6+、Cu2+、Pb2+)，通過(guò)改變吸附體系中的 pH、吸附時(shí)間和吸附質(zhì)的濃度，研究 NCC-PVAm微凝膠對(duì)水體中的陰離子染料和重金屬離子的吸附性能和機(jī)理。結(jié)果表明在酸性條件下NCC-PVAm微凝膠對(duì)陰離子染料的吸附效果最好。NCC-PVAm微凝膠用量為0.5 g/L，染料濃度為100 mg/L時(shí)，對(duì)三種

6、染料的去除率均達(dá)到100%。NCC-PVAm微凝膠對(duì)三種陰離子染料的吸附過(guò)程都遵循準(zhǔn)二階動(dòng)力學(xué)模型，相關(guān)系數(shù) R2均在0.99以上，通過(guò)模型計(jì)算出的吸附容量與實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常一致。NCC-PVAm微凝膠吸附三種不同陰離子染料，得到的吸附等溫線都符合 Sips吸附等溫線方程。對(duì)賽馬士德大紅染料、剛果紅染料、活性嫩黃染料的最大吸附量分別是896.1 mg/g、1469.7 mg/g和1250.9 mg/g，其中對(duì)剛果紅染料的吸附性能最好。pH為

7、2時(shí)NCC-PVAm微凝膠對(duì)Cr6+的吸附效果最好，而對(duì)Cu2+、Pb2+的最佳吸附pH為6。NCC-PVAm微凝膠對(duì)三種重金屬離子的吸附遵循準(zhǔn)二階動(dòng)力學(xué)模型，相關(guān)系數(shù)R2均為0.98以上，利用模型計(jì)算出的吸附容量與實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常一致。NCC-PVAm微凝膠吸附三種重金屬離子，得到的吸附等溫線都符合Sips吸附等溫方程，且對(duì)Cr6+的吸附性能最好。⑶DANC上的醛基與殼聚糖（CS）上的游離氨基通過(guò)希夫堿反應(yīng)交聯(lián)，得到一種表面光滑、柔軟、有

8、彈性的淡黃色凝膠即為 NCC-CS復(fù)合凝膠。利用 FT-IR、AFM、元素分析等對(duì)NCC-CS復(fù)合凝膠的結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行表征。元素分析得知，隨著CS比例的增加，O元素含量逐漸減小，可能是由于DANC中的醛基與CS中的氨基發(fā)生了席夫堿反應(yīng)，生成了水，說(shuō)明了DANC與CS成功交聯(lián)，制備得到了NCC-CS復(fù)合凝膠。從FT-IR紅外譜圖中可知，DANC上的醛基與CS上的游離氨基發(fā)生了席夫堿反應(yīng)生成亞胺基團(tuán)，成功制備出 NCC-CS復(fù)合凝膠。將 NC