基于竹质基微纳单元组装的气凝胶水净化功能材料研究

发布时间：2019-09-30 11:42

【摘要】：淡水资源正逐年减少,加强污水处理和开发海水淡化技术对于缓解现有淡水资源的匮乏具有重要意义。比表面积大的纳米材料在制备高性能吸附剂方面表现出巨大的潜力。本研究从低质速生的竹子中“自上而下”法制备了纳米纤丝化纤维素(nanofibrillar cellulose,CNF),进一步采用超声法的二次组装构建成新功能化的新型材料:纳米纤丝化纤维素/氧化石墨烯复合气凝胶(nanofibrillar cellulose/graphene oxide,CNF/GO)和MnO2纳米片/纳米纤丝化纤维素复合气凝胶(manganese dioxide/nanofibrillar cellulose,MCNF)。本文制备的竹质基纤维素材料及合成的新型材料可以很好地应用于抗生素的吸附和海水淡化领域,为低质竹材资源的高值开发提供了科学依据和理论基础。主要的研究结果如下:(1)通过一步超声法成功制备了具有互联的三维网络结构的CNF/GO。CNF/GO对这多种抗生素(六大类抗生素:氯霉素、大环内酯类、喹诺酮类、β-内酰胺类、磺酰胺类和四环素类)表现出优异的吸附性能:其最大吸附量为的128.3~501.1mg·g-1,其中,CNF/GO对四环素的最大吸附量为454.5 mg·g-1。吸附机理为化学作用力为p-π、π-π共轭效应、氢键、静电吸附以及结构优势多孔网络结构。此外,吸附等温线拟合符合Langmuir模型,吸附动力学拟合很好地符合伪二级模型。更重要的是,具有可重复使用性、高效性、经济性以及易于分离的优点,CNF/GO可应用于抗生素吸附。(2)通过氧化还原反应和超声法处理的方法制备了MCNF。MCNF为核壳结构的三维材料,与CNF相比,MCNF复合材料具有较大的比表面积。MCNF表现出对海水离子(Ca2+,Mg2+,Na+)的较好的海水淡化性能。更重要的是,再生后的MCNF经过二十个吸附-脱附循环之后,其保持较好的去除效果。此外,由于具有高海水淡化效率和可重复使用性以及易于分离操作,该气凝胶可以应用于海水淡化的领域。
【图文】：

竹材,纳米尺度,复合结构,纤丝

图 1.1 竹材的从宏观尺度到纳米尺度的多级复合结构1.1 Multistage composite structure from macro scale to nanometer scale of维细胞占 60%～70%，其余为薄壁细胞、石细胞、导管和表皮随品种而异，多在 1.5～2.0mm 之间，宽度为 15～18μm[85]，腔直径小，纤维壁上明显有节状加厚。薄壁细胞大小形状相似和腰鼓形，杆状较少。在电子显微镜下观察，竹材纤维有两种较厚的纤维和相对较薄的纤维，薄层为近横向排列，厚层为近绕角度呈 30～40°。竹材单个细胞由薄的初生壁、厚的次生壁大而空。与木材的木纤维次生壁三层结构（外层（S1，厚约为约为 5 μm）和内层（S3，厚约为 0.1 μm）[86]不同的是，，竹纤，研究显示竹纤维细胞壁层数最多可达 18 层。细胞壁的组织架的。它的基本组成是一些长短不等的链状纤维素分子，这些，有规则地聚集在一起成为微团（即基本纤丝），由微团组成即微纤丝。由微纤丝组成纤丝；纤丝再聚集成粗纤丝；粗纤丝

壁结构,低质,五个手指,废水处理技术

图 1.2 竹材细胞壁结构Figure 1.2 Cell wall structure of Bamboo研究内容下，同时响应和落实国家的“科学治”（好比五个手指头，治污水是抓节水分别是其他四指，分工有别高效开发利用浙江低质废弃生物质、比表面积大的特点，所以纳米材的发展与应用给废水处理技术的发新型高效、无毒、重复使用率高的维素材料（低质速生的竹子和竹而下”的方法即化学预处理结合高
【学位授予单位】：浙江农林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TQ427.26;TB34

【参考文献】