柿单宁材料的功能化构建及吸附机理研究

发布时间：2020-04-19 05:19

【摘要】：当前,水资源的缺乏已成为全球最受关注的问题之一。然而,在当今社会快速发展的背景下,大自然环境每年都要被迫“接受”大量的废水,这些废水中以金属元素和有机染料污染物最为普遍。这些污染物进入大自然环境中会对人类和其他生物体造成严重的破坏性影响。因此,研究如何有效的去除水体中的金属元素和有机染料势在必行。柿单宁是一种提取自农林废弃物(青柿)的化合物,富含多个酚羟基,因此具有优异吸附性能。在本文中,我们利用不同的方法功能化柿单宁材料得到两种不同的吸附剂,并研究了它们对水体中的Er~(3+)以及有机染料亚甲基蓝(MB)和孔雀石绿(MG)的吸附性能,其主要内容如下:(1)利用氧化石墨烯(GO)将柿单宁(PT)进行功能化,制备了一种吸附剂(PT-GO)。深入探讨了此吸附剂针对水体中的有机染料亚甲基蓝(MB)的吸附性能,并借助SEM、FTIR、XPS和BET等表征方式对吸附剂的微观形貌、含有的基团、元素组成等进行分析。当pH=8,温度323K,MB浓度为35mg/L时,PT-GO对MB染料的最大吸附量达到256.58mg/g。等温实验发现,PT-GO对MB的吸附适合于Freundlich模型,而经过动力学实验发现,PT-GO对MB的吸附适合于伪二级动力学模型。通过计算发现,PT-GO吸附MB的整个吸附过程表现出自发和吸热。MB与PT-GO之间的氧化还原反应,静电相互作用和π-π相互作用决定了吸附剂的吸附性能。此外,循环再生实验表明,在五次循环使用后,PT-GO吸附剂对MB的去除率仍能达到80%以上。(2)以Fe_3O_4为磁核,柿单宁(PT)和氧化石墨烯(GO)为原材料,通过水热法制备出了一种全新的磁性吸附剂(Fe_3O_4/PT/GO),并探究了其对废水中的有机染料孔雀石绿(MG)的吸附能力。借助SEM、FTIR、BET、XRD、VSM等表征方式对吸附剂的形态结构、基团组成以及磁化强度等进行了分析;结果显示所制备的Fe_3O_4/PT/GO吸附剂直径约为50~100nm,比表面积为53.83m~2/g,且展现出无规则形状的颗粒;另外,此吸附剂的最大磁化强度值为22.2emu/g。在MG的初始浓度为150mg/L且pH=6和环境温度为308K时,Fe_3O_4/PT/GO对MG的最大吸附能力可达560.58mg/g,非常接近计算值的591.72mg/g。MG被吸附到Fe_3O_4/PT/GO上的过程能更好的用Langmuir等温公式来描述,而动力学实验结果显示,伪二级动力学模型能更好的拟合实验数据,此外,通过实验数据对热力学进行计算后发现吸附MG的过程是自发和吸热的。(3)为进一步探究Fe_3O_4/PT/GO对Er~(3+)的吸附能力,本文系统的讨论了不同初始条件下Fe_3O_4/PT/GO的吸附性能的表现。当pH=4,吸附剂投加量为30mg和温度为323K条件下,吸附剂对Er~(3+)的最大吸附量可达366.67mg/g。我们在进行等温和动力学实验后发现,Fe_3O_4/PT/GO吸附Er~(3+)的过程可用Langmuir等温模型和伪二级动力学模型来解释。此外,由Fe_3O_4/PT/GO吸附Er~(3+)的热力学实验结果可知,Er~(3+)的吸附表现为吸热和自发。每次吸附实验后都可以借助外加磁场将Fe_3O_4/PT/GO吸附剂与溶液轻松的分离开来。因此,Fe_3O_4/PT/GO是一种能从水溶液中有效去除Er~(3+)的吸附剂。
【图文】：

单宁,单体结构,化学结构

后来的学者证实了柿单宁主要由四种酚类化合物的单体组成，其单体结构以及柿单宁整体分子结构如图1-1 所示。我国的学者 Yang 等人[47]采用 Folin-Denis 法并以没食子酸为标准品，，测定了 PT 的总多酚含量为 98.7%，再次佐证了前人的结论。柿单宁的多酚结构具体体现为在主链连接的苯环上第二位含有一个酚羟基（邻苯二酚）或者在第三位含有一个酚羟基（邻苯三酚），当这类酚羟基存在于水体中时，容易与其他有机物（比如染料分子）和金属离子发生氧化还原反应或者螯合作用，使得染料或者金属离子被固定在吸附剂上被转移出水体，从而实现污染物被去除。因此，柿单宁材料可以被作为一种吸附剂用于水体中污染物的去除[48]，但由于柿单宁具有很强的水溶性，因此在用作吸附剂使用之前须对其进行功能化修饰，或者将其固定在不溶于水的载体上，从而改善其亲水性能。据报道，乙二胺、

技术路线图,单宁,吸附剂,染料

一种复合材料（PT-GO），这样在改善柿单宁原有的水溶性（亲水性）的同时，又让柿单宁材料的比表面积增大，从而使亚甲基蓝染料（MB）与吸附剂接触的几率大大提升进而提高其吸附效率。（2）利用氧化石墨烯和 FeSO4·7H2O 并通过水热法将柿单宁进行功能化，功能化后的柿单宁材料不仅不溶于水，而且拥有非常好的循环再生性，从而降低了成本；将此吸附剂应用于水体中孔雀石绿染料（MG）的去除和稀土（铒）的富集回收时都表现出优异的吸附效率，因此此吸附剂不仅能应用于染料有机物的去除，也在稀土资源的富集回收方面提供了理论和实验依据。（3）吸附剂在吸附过后能借助外界磁场实现快速的固液分离，从而解决了一般吸附剂在吸附后会给环境带来二次污染和固液分离难的问题。§1.4.4 技术路线本文的研究路线如图 1-2 所示。
【学位授予单位】：桂林电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703

【参考文献】