聚吡咯复合材料的制备及其吸附性能的研究

发布时间：2020-04-29 03:42

【摘要】：聚吡咯具有较高的热稳定性、廉价易得和无毒等特点,在环境修复领域有着广泛的应用。但是单一聚吡咯材料有着比表面积小、吸附活性位点少和表面官能团有限等缺点,使得其对染料的去除能力和范围存在局限性。因此,需要借助其他材料的协同作用来增强聚吡咯对染料的去除能力。本文以聚吡咯(PPy)为主体,分别制备了聚吡咯-壳聚糖(PPy-CS)和聚吡咯-壳聚糖-十二烷基苯磺酸钠(PPy-CS-SDBS)两种复合材料,然后用于去除水溶液中的染料污染物,系统研究各种影响因素,如吸附剂投加量、溶液pH值、染料初始浓度等对复合材料吸附性能的影响,并对吸附过程的热力学、动力学和吸附机理进行探究。主要研究内容如下:(1)利用化学氧化聚合法制备PPy-CS复合材料,通过扫描电镜(SEM)、比表面(BET)和红外光谱(FT-IR)等表征手段对复合材料的结构和形貌进行分析。并对吸附酸性红18(AR-18)的热力学及动力学过程进行研究,探究其吸附机理及洗脱再生性能。研究表明:该吸附过程是自发的吸热过程,Langmuir方程的最大吸附容量为285.71 mg/g,吸附动力学符合准二级动力学方程,吸附机理表明静电引力和氢键在去除过程中起着重要的作用。另外,染料分子官能团的种类和数量也对去除过程有一定影响。同时,六次再生循环后PPy-CS复合材料仍具有70.83%的去除率。(2)通过化学氧化聚合法制备PPy-CS-SDBS复合材料,并用于吸附去除萘酚绿B(NGB)和茜素黄R(AYR)。通过SEM、BET和Zata电势等手段对复合材料的结构和形貌进行分析,然后利用响应面法分别对NGB和AYR的实验影响因素进行优化。结果表明:CS与SDBS的质量比为1:2时,PPy-CS-SDBS复合材料对AYR和NGB的去除效果最好。由响应面得出该复合材料去除AYR的最优吸附条件为pH=4.00、m=0.064 g、C_0=100 mg/L,而去除NGB的最优吸附条件为pH=4.00、m=0.041 g、C_0=50 mg/L,并且两个响应值的实验结果与预测结果相差不大,说明该响应面模型预测出的最优吸附条件准确。(3)利用PPy-CS-SDBS复合材料对混合染料中NGB和AYR的吸附效果进行研究,然后通过响应面法对其实验影响因素进行优化,并考察该吸附剂在混合体系下的去除规律是否发生变化。结果表明:通过响应面法得出去除混合染料的最优吸附条件为pH=4.05、m=0.081 g、C_0=94.43 mg/L。而由吸附混合染料后的PPy-CS-SDBS材料的煅烧结果可知,当煅烧温度为400℃时,该材料对阳离子染料孔雀绿、结晶紫和亚甲基蓝的去除率分别为97.60%、96.16%和91.20%;且PCD-2-AYR-NGB和PCD-2-AYR-NGB(400℃)材料都具有一定的比电容,可用于超级电容器中的电极材料的制备,具有一定的废物利用价值。
【图文】：

形貌,聚吡咯,分子结构式

图 1.1 聚吡咯的分子结构式Fig1.1 The molecular structure of PPy吡咯的制备，聚吡咯的合成方法主要有两种：电化学聚合法和化学氧化聚体(Py)的氧化聚合电位在 0.7 V 左右[29]，氧化电势较低，在外氧水、氯化铁和过硫酸铵等)的作用下能被氧化聚合。而且，聚吡咯样品为粉末状，而电化学方法制得的导电聚吡咯为薄膜化学聚合法极电位作为聚合反应的引发和反应驱动力，通过电解含有吡咯阳极进行氧化聚合而生成一层薄膜状的导电聚合物[30-32]。而且以通过控制相关聚合条件(如电解液、支持电解质和溶剂、聚合极上沉积出不同结构、形貌和性质的导电聚吡咯薄膜[33]。该方合条件易控制，合成的聚吡咯薄膜导电性和力学性能较好，电掺杂可一步完成，重复性好，而且不会引人氧化剂污染。但是

扫描电镜图

图 2.1 (a) PC-I-3, (b) PC-3, (c) PC-1 和(d) PPy 的扫描电镜图Fig. 2.1. SEM images of (a) PC-I-3, (b) PC-3, (c) PC-1 and (d) PPy表 2.4 不同吸附剂的 BET 数据参数Table 2.4 The BET parameters of different samplesSamples Surface Area/(m2/g) Pore Volume(Vtotal)/(cm3/g) Pore Size/(nm)PC-I-3 17.50 0.104 145.12PC-3 20.59 0.111 130.64PC-1 20.34 0.114 166.80PPy 6.94 0.019 92.55图 2.1 SEM 图像显示四种吸附材料的结构都是球体的。与纯 PPy (图 2.1 d)相比，无论是在何种合成温度和比例下的复合材料的分散性都明显提高。BET 的结果也可以得出相同的结论(表 2.4)，如 PPy-CS 复合材料的表面积都高于纯 PPy 的表面积，这表明 CS 实际上也起到了尺寸稳定剂的作用[50, 60]。而图 2.1 b 与图 2.1 c相比，我们可以发现 CS 的量越多，球体的直径越小。图 2.1 a 和 2.1 b 相比也可知，在室温下合成的样品比在冰浴下合成的具有更好的分散性，这也可以通过BET
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;TB33;TQ424

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