改性海藻酸钠电纺膜的制备及对染料的吸附性能研究

发布时间：2020-10-16 08:27

　　 废水中的染料难降解,对人体及环境有很大危害。膜分离法、生物降解法、电化学法、吸附法等被广泛应用于废水中染料的去除。吸附法具有成本低、易再生、效率高等优点,活性炭、黏土、高分子聚合物等都可作为吸附材料使用。天然高分子海藻酸钠具有易降解、无毒害、可循环使用等优点,利用其独特的胶凝特性可制备成各种形态吸附材料如凝胶、微球、纤维、纳米纤维膜等。其中,海藻酸钠纳米纤维膜孔隙率高、比表面积大、易改性,在染料废水处理领域有广阔的应用前景。从结构上看,海藻酸钠分子链上有大量羧基,能与阳离子染料产生强库伦引力作用,导致阳离子染料在其表面大量快速吸附从而难以控制,吸附沉积的均匀性较差。海藻酸钠与阴离子染料之间则具有较强的同电荷排斥作用,因此对阴离子染料的吸附能力较弱,限制其适用性。本文用电性强弱不同的聚合物(明胶和壳聚糖)通过静电纺丝方法对海藻酸钠纳米纤维膜进行改性,以有效解决上述问题。首先,利用静电纺丝技术制备明胶改性海藻酸钠纳米纤维膜,明胶是一种两性聚电解质,分子链上含有羧基和氨基,电性较弱,可以直接与海藻酸钠溶液共混进行静电纺丝,得到一种既含阳性氨基又含阴性羧基的改性海藻酸钠膜吸附材料,从而调控对染料的吸附性能。其次,利用同轴静电纺丝技术制备壳聚糖改性海藻酸钠纳米纤维膜,壳聚糖是聚阳离子电解质,氨基含量和电性都比明胶高,与海藻酸钠分子之间有较强的相互作用,直接共混时会络合成凝胶而很难进行静电纺丝,采用同轴静电纺丝技术可制备具有独特核壳结构的壳聚糖改性海藻酸钠纳米纤维膜,使其吸附染料的能力得到一定改善。系统探讨了明胶改性海藻酸钠纳米纤维膜对亚甲基蓝和酸性蓝染料的吸附性能。明胶改性后,纳米纤维膜对亚甲基蓝的吸附机理可由Langmuir等温吸附模型和伪二级动力学模型分析,计算得到饱和吸附量由2046 mg/g降至1937 mg/g,吸附速率常数从1.689×10~-44 g/mg·min降低到1.071×10~-44 g/mg·min,但亚甲基蓝的沉积均匀性获得了明显提升,纳米纤维膜吸附亚甲基蓝的标准偏差在60 min时由0.140降至0.050。明胶改性可以提高海藻酸钠纳米纤维膜的再生性能,四次吸附-解吸附循环后的再生效率数值由69%提升至88%。此外,明胶改性可使纳米纤维膜对酸性蓝染料的吸附速率常数从1 g/mg·min增加到45 g/mg·min,饱和吸附量由15.4 mg/g增加到212.8 mg/g。系统探讨了壳聚糖改性海藻酸钠纳米纤维膜对亚甲基蓝和酸性蓝吸附性能。壳聚糖改性后,纳米纤维膜对酸性蓝的吸附机理可由Langmuir等温吸附模型和伪二级动力学模型分析,计算得到饱和吸附量由2135 mg/g降至1625 mg/g,吸附速率常数从2.489×10~-44 g/mg·min降低到1.821×10~-44 g/mg·min,壳聚糖改性可以提高海藻酸钠纳米纤维膜的再生性能,四次吸附-解吸附循环后的再生效率数值由67%提升至92%。另外壳聚糖改性可使纳米纤维膜对酸性蓝染料的吸附速率常数从1.1g/mg·min增加到56 g/mg·min,饱和吸附量由16.9 mg/g增加到278.5 mg/g。
【学位单位】：青岛大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X703;TQ340.64
【部分图文】：

图 1.1 海藻酸钠结构式图 1.2 海藻酸钙“蛋-盒”结构溶液具有良好的凝胶特性，在二价阳离子（Ca2+）的诱备成各种材料如水凝胶、微球、纤维、纳米纤维膜等[61为分子内氢键提供了更高密度的负电荷[62]，使 G 段结个均聚 G 段经过协同作用相结合，中间形成了亲水空间Ca2+会与 G 段上的多个氧原子发生螯合作用，使海藻酸

图 1.2 海藻酸钙“蛋-盒”结构具有良好的凝胶特性，在二价阳离子（Ca2+）各种材料如水凝胶、微球、纤维、纳米纤维膜子内氢键提供了更高密度的负电荷[62]，使 G 聚 G 段经过协同作用相结合，中间形成了亲水会与 G 段上的多个氧原子发生螯合作用，使海最终导致三维网络结构形成。在此三维网络结与 G 段形成“蛋-盒”结构，如图 1.2 所示[63-材料在处理染料废水中的应用链含有大量的羧基基团，在水溶液中容易失强的的相互作用，因此很容易去除废水中的阳吸附材料在染料废水处理领域都有应用[66]。了海藻酸钠凝胶对 3 种阳离子染料（品红、

图 1.3 静电纺丝原理示意图术是在静电纺丝的基础上改进设置发展而合纳米纤维方面具有较大的优势[79]。同轴丝装置中，把单一的喷丝口改成了具有同别装在两个推进器中，因为核层毛细喷头层溶液和壳层溶液在喷丝口汇合，形成一用下，壳层溶液经高频拉伸，拉伸时核壳层溶液在剪切应力的作用下沿着壳层同轴超细同轴复合纤维[80]。
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本文编号：2843017