磁性阳离子环糊精聚合物的制备及其吸附机理研究

发布时间：2020-03-21 20:05

【摘要】：染料废水具有排量大、成分复杂、难处理等特点,给人类健康及生态环境带来严重的危害。当前阶段,国内外一些研究人员采用淀粉和壳聚糖等来处理染料废水,虽然取得了较好的处理效果,但是选择性差且不易分离却是十分严重的缺点。以此作为研究的出发点,本文通过酯化反应将丁二酸酐(SA)和环氧丙基三甲基氯化铵(GTA)接枝在β-环糊精(β-CD)上,使其能够在弱酸条件下发生自聚反应,进而形成含有大量的活性基团(-OH和-COOH)的多空腔阳离子环糊精聚合物(GEP-CD);将GEP-CD包裹在磁性纳米四氧化三铁(MNPs)表面,并通过一系列的单因素实验优化制备出易分离、比表面积高的磁性阳离子环糊精聚合物(GEPCD-MNPs)。通过红外光谱(FT-IR)谱图、X射线衍射(XRD)谱图、磁滞回线(VSM)、全自动表面积和孔结构分析(BET)数据、扫描电子显微镜-能谱(SEM-EDS)图以及热重分析(TGA)曲线对GEPCD-MNPs的化学结构、晶型、磁性、形貌与热稳定性进行了表征。并通过Zata电位、接触角测定分析了产物的等电位点和润湿性。在GEPCD-MNPs对刚果红(CR)和六价铬(Cr(Ⅵ))的吸附机理研究过程中,本文通过静态吸附试验,基于吸附剂加量、反应时间和温度、初始浓度、染液pH等因素探究了吸附剂与染料之间的吸附作用机理。通过准一级动力学模型(Pseudo-first-order model)和准二级动力学模型(Pseudo-second-order model)研究了染料在 GEPCD-MNPs 上的吸附动力学行为。通过Langmuir、Freundlich模型和Dubinin-Radushkevich模型探讨了染料在GEPCD-MNPs上的等温吸附行为,根据范特霍夫方程(Van't Hoff equation)对染料吸附的热力学性质做了进一步的研究。本文还对吸附剂的再生性能进行了研究,为吸附剂的推广使用奠定了良好的基础。研究结果表明:1)优化制备出磁性阳离子环糊精吸附剂GEPCD-MNPs,通过一系列表征手段发现此吸附剂为多空腔层状高分子(SEM),表现出较好的超顺磁性(VSM),并且具有大量的活性基团(FT-IR)和一定量的正电荷(Zata);2)GEPCD-MNPs对CR和Cr(Ⅵ)的最大吸附量分别为389.1mg/g和118mg/g;3)GEPCD-MNPs对CR、Cr(Ⅵ)以及两者的混合溶液的吸附实验数据均符合准二级动力学模型。CR和Cr(Ⅵ)在GEPCD-MNPs上的吸附能够很好的采用Freundlich等温吸附模型进行描述。热力学数据表明:GEPCD-MNPs对CR和Cr(Ⅵ)的吸附过程属于吸热过程且吸附过程属于熵驱动过程。而且两者在GEPCD-MNPs上的吸附反应均是自发进行的;4)合成吸附剂GEPCD-MNPs对CR的吸附更具有经济可行性。
【图文】：

分子结构图,环糊精,分子结构

（２）环糊精在印染废水处理上的应用逡逑环糊精利用其内腔疏水特性通过包合作用或者螯合作用对印染废水中的污染物进逡逑行处理。Ｍｄ．邋Ｔａｊｕｄｄｉｎ邋Ｓｉｋｄｅｉ＾［６２＾邋Ｆｅ＾纳米颗粒包封于无毒的可生物降解的壳聚糖－羧逡逑甲基Ｐ－环糊精聚合物内，制备出含ＦｅＧ５０ｗｔ％的ＣＳ－ＮＺＶＩ－ＣＭ－ｐ－ＣＤ球吸附材料；将逡逑ＣＳ－ＮＺＶＩ－ＣＭ－ｐ－ＣＤ用于Ｃｒ（ＶＩ）和Ｃｕ（ＩＩ）的吸附性能研究，发现由于Ｐ－环糊精和ＦｅＱ纳逡逑米颗粒的存在使ＣＳ－ＮＺＶＩ－ＣＭ－ｐ－ＣＤ可以通过包合作用和还原作用实现ＣｒＣＶＩ）和Ｃｕ（ＩＩ）逡逑的完全去除；而ＣＳ－ＮＺＶＩ－ＣＭ－ｐ－ＣＤ的吸附速率又受到膜扩散和颗粒内扩散的限制，逡逑因此ＣＳ－ＮＺＶＩ－ＣＭ－ｐ－ＣＤ可能是原位修复受污染的地表水和地下水的一个潜在的材料。逡逑孙琳琳等［６３］基于Ｓｎ２取代反应制备了邋ＣＭ－Ｐ－ＣＤ，采用层层组装法将其成功修饰在逡逑Ｆｅ３0４磁性纳米粒子表面，得到了邋Ｆｅ３0４功能化的磁性纳米复合物ＣＭ－Ｐ－ＣＤ－ＭＮＰｓ，考逡逑察了其对罗丹明Ｂ的吸附性能；由于ＣＭ－ｐ－ＣＤ－ＭＮＰｓ分子内含有Ｆｅ３0４以及空腔结构逡逑而表现出优良的吸附性能及易分离性，在处理染料废水的应用中具有良好的前景。彭逡逑龙等［６４］以ｐ＿环糊精和对苯二甲酰氯为原料，合成了一种新型刚性结构的桥联环糊精一逡逑一邋１，４－二甲酰胺基苯桥联｜３－环糊精，考察了其对ＴＮＳ，，ＡＮＳ，ＡＲ，ＮＲ和ＲｈＢ的包结逡逑稳定性；结果发现，桥联环糊精与天然Ｐ－环糊精相比，桥联环糊精的键合能力远远增逡逑

示意图,过程,示意图,化学共沉淀法

论文采用化学共沉淀法制备的ＭＮＰｓ，之所以采用化学共沉淀法是因为此法操逡逑、工艺娴熟等。但是，合成的ＭＮＰｓ在与空气接触时容易被氧化成三氧化二铁，逡逑低了邋ＭＮＰｓ颗粒本身的磁性能。因此在采用化学共沉淀法合成ＭＮＰｓ时需要通逡逑气体－氮气以保证ＭＮＰｓ的合成是在隔绝空气的条件下进行的。与此同时，采用逡逑沉淀法合成的ＭＮＰｓ颗粒的粒径范围分布比较宽并且形貌和尺寸很难控制。为逡逑此法所存在的粒径上的缺陷，本文采取了优化措施：在合成过程中使用了超声逡逑术，此技术能够在一定程度上减弱ＭＮＰｓ因本身磁偶极力和高比表面能而团聚逡逑。制备ＭＮＰｓ的反应方程式如下：逡逑Ｆｅ２＋邋＋邋２Ｆｅ３＋邋＋邋８０Ｈ－邋＝邋Ｆｅ３０４（ｓ）邋＋邋４Ｈ２０逡逑过ＦＩＴＲ、ＸＲＤ、ＢＥＴ以及ＳＥＭ等手段分析可推出ＧＥＰＣＤ－ＭＮＰｓ的合成机理图，逡逑－２所示，ＳＡ和ＧＴＡ作为ｐ－ＣＤ聚合的桥梁分布在Ｐ－ＣＤ的两端，将ｐ－ＣＤ桥连逡逑空腔缩合的聚合物ＧＥＰ－ＣＤ。再将其与拥有致密羟基的纳米四氧化三铁颗粒相逡逑制备得到ＧＥＰＣＤ－ＭＮＰｓ，其表面被聚合物ＧＥＰ－ＣＤ所包裹，不仅使其获得了大逡逑性基团（－ＯＨ和－ＣＯＯＨ），同时令ＧＥＰＣＤ－ＭＮＰｓ成为高比表面积的多层空腔状逡逑为ＧＥＰＣＤ－ＭＮＰｓ表现出的优异吸附行为提供了重要的理论依据。逡逑
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O636.12;O647.3

【参考文献】