聚吡咯、聚磷腈纳米材料的制备及其对染料吸附性能的研究

发布时间：2017-07-04 04:00

  本文关键词：聚吡咯、聚磷腈纳米材料的制备及其对染料吸附性能的研究

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【摘要】：由于在纺织、皮革、造纸、印刷、化妆品等工业生产中会用到大量的染料和颜料,所以就会有大量的染料废水产生。排放的污水中哪怕只含有少量的染料也会造成严重的环境问题,因为染料废水会对水生生物以及人类造成危害,如发生基因突变、致癌等。除此之外,含有染料的工业废水如果不加以处理而直接排放到河流、湖泊等水体中将会影响水生生物的光合作用。不仅如此,它还会减少光渗透并且增加化学需氧量(COD)。这将会对生态环境造成相当大的影响。因此,染料废水排放之前对其进行处理是相当必要的。由于染料分子中具有稳定的苯环结构使其具有抗有氧降解和抗生物降解的性质,这将大大增加了染料废水的处理难度。现在许多方法如絮凝、吸附、氧化、膜过滤、光催化、生物降解等被广泛应用到了染料废水的处理上。在这些处理方法中,吸附法由于具有便于操作、去除率高、经济实惠等特点而成为最有发展前途的染料废水处理方法。吸附行为一般发生在吸附剂的表面,所以寻找一种比表面大的吸附剂成为人们关注的焦点。因此具有高比表面和大量吸附位点的纳米尺寸的材料成为人们研究的热点。本文利用模板自组装氧化聚合、原位模板法等方法合成了一系列聚合物纳米材料,并通过扫描电子显微镜、透射电子显微镜、红外光谱分析、X射线衍射等一系列表征手段对我们制备的材料形貌以及潜在的性能进行探究,并详细的探究了这些纳米材料作为吸附剂对不同染料的吸附行为。在此基础上提出并验证了其吸附机理,根据吸附机理的特点将吸附剂应用到选择性吸附方面,以达到染料分离的目的。具体的研究如下:利用氧化聚合法合成了聚吡咯(PPy)纳米微球,在室温下,在三甲基溴化铵(CTAB)溶液中加入适量吡咯(Py)单体,然后逐滴加入过硫酸铵(APS)溶液,磁力搅拌使其充分聚合,然后利用清水洗涤就得到聚吡咯(PPy)纳米微球。为了加大吸附量我们改变合成条件合成了具有较大比表面的交联网状结构的(PPy)纳米纤维。利用原位模板法合成聚磷腈纳米管,在超声的实验条件下(50w),利用四氢呋喃(THF)为溶剂,三乙胺(TEA)作为缚酸剂进而合成聚磷腈(PZS)纳米管。利用SEM、TEM、FITR、XRD、BET、粒径分析和表面电荷测试等表征手段研究了聚合物的结构和性能。以上述制备的纳米材料作为吸附剂系统的研究了其对染料的吸附性能,发现它们均对废水中的染料表现出了较高的吸附性能。聚吡咯纳米纤维对甲基橙的吸附能力达到了169.55 mg/g。同时,准二阶动力学模型和Langmuir等温线模型能够更好的拟合聚吡咯纳米材料对甲基橙的吸附。此外,对聚吡咯材料的循环使用性能进行了研究,经过多次循环吸附后该吸附剂的吸附性能并没有明显降低,说明聚吡咯纳米材料是一类可再生的高效吸附剂。同时提出并验证了静电吸附是吸附行为发生的主要作用力。根据其吸附机理将聚吡咯纳米纤维应用到了混合染料的选择性吸附上,并取得了良好的效果。聚磷腈纳米管对染料的吸附行为能够用准二阶动力学模型和Langmuir等温线模型很好的拟合。聚磷腈纳米管对阴阳离子染料表现出不同的吸附能力,因此可以将其应用到染料的选择性吸附上,并能够有效的达到染料分离的目的。此外,提出并验证了在吸附过程中酸碱相互作用是吸附的主要作用力。
【关键词】：聚吡咯 纳米纤维 混合溶液 可再生 吸附机理
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.1
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-22
• 1.1 染料及染料废水治理方法研究11-18
• 1.1.1 染料污染及危害11-12
• 1.1.2 染料分类12-13
• 1.1.2.1 阳离子染料12-13
• 1.1.2.2 阴离子染料13
• 1.1.2.3 非离子型染料13
• 1.1.3 染料废水的处理方法13-16
• 1.1.3.1 化学法13-15
• 1.1.3.2 生物法15-16
• 1.1.3.3 物理法16
• 1.1.4 吸附剂的进展16-18
• 1.2 聚合物材料在吸附方面的应用18-20
• 1.2.1 聚合物材料在处理染料废水应用中的发展18-19
• 1.2.2 聚吡咯纳米材料19
• 1.2.3 聚磷腈纳米材料19-20
• 1.3 课题的提出及研究意义20-22
• 第二章 聚吡咯纳米材料作为一种高效吸附剂对水溶液中甲基橙吸附的研究22-50
• 2.1 引言22-23
• 2.2 实验过程23-26
• 2.2.1 实验试剂、仪器及测试设备23-24
• 2.2.2 聚吡咯纳米材料的制备合成24
• 2.2.2.1 聚吡咯纳米微球的合成24
• 2.2.2.2 聚吡咯纳米纤维的合成24
• 2.2.3 吸附实验24-26
• 2.3 结果与讨论26-49
• 2.3.1 形貌特征26-29
• 2.3.1.1 PPy纳米微球的结果分析26-27
• 2.3.1.2 PPy纳米纤维的结果分析27-29
• 2.3.2 PPy纳米材料对阴离子染料MO吸附性能的研究29-49
• 2.3.2.1 PPy纳米微球的吸附性能研究29-35
• 2.3.2.2 PPy纳米纤维的吸附性能研究35-49
• 2.4 本章小结49-50
• 第三章 聚膦腈（PZS）纳米管的制备及其染料吸附及选择性吸附的应用50-70
• 3.1 引言50-51
• 3.2 实验过程51-54
• 3.2.1 实验中主要试剂51-52
• 3.2.2 实验中主要仪器52-53
• 3.2.3 制备PZS纳米管53
• 3.2.4 吸附实验及染料分离53-54
• 3.3 结果讨论54-69
• 3.3.1 PZS纳米管的表征54-57
• 3.3.2 PZS纳米管对水溶液中的有机染料的选择性吸附行为57-59
• 3.3.3 PZS纳米管对染料的吸附行为的研究59-63
• 3.3.3.1 染料溶液的初始pH对吸附行为的影响59-60
• 3.3.3.2 ST染料溶液的初始浓度对吸附行为的研究60
• 3.3.3.3 吸附动力学研究60-62
• 3.3.3.4 吸附等温线研究62-63
• 3.3.4 选择性吸附的机理探讨63-68
• 3.3.5 从混合染料中分离染料68-69
• 3.4 本章小结69-70
• 第四章 全文总结70-72
• 参考文献72-81
• 致谢81-82
• 个人简历及硕士期间发表论文与科研成果82

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本文编号：516198