纳米纤维素_聚吡咯气凝胶的制备及吸附性能综合实验设计.pdf

铬是一种危害人类健康的重金属污染物来源于各种工业废水 铬有多种价态毒性远高于可通过食物链进入生态系统危害人类健康纳米纤维素是重要的生物质材料但其缺乏特异性官能团吸附性能较低 聚吡咯()适合吸附()但 在聚合中易团聚吸附量较低 以纳米纤维素为载体使单体吡咯均匀分散在其中再氧化聚合可以形成分散均匀、吸附量高的复合吸附材料应用化工第 卷本文以木质纳米纤维素纤丝()为载体采用原位氧化法制备 复合气凝胶研究了气凝胶对()的吸附性能并对该研究在本科综合实验教学中的应用进行了探讨 实验部分.材料与仪器吡咯、型聚乙烯醇(醇解度摩尔分数)等均为分析纯由实验室自制 恒温振荡器 冷冻干燥机 冷场发射扫描电子显微镜()紫外可见分光光度计.复合气凝胶的制备及微观形貌配制 (质量分数)的 悬浮液滴入 浓盐酸充分搅拌使悬浮液呈酸性 加入.吡咯使吡咯与 混合均匀 向混合液中加入 /的 溶液充分混合后放入冰箱冷藏 将冷藏后的液体用无水乙醇和去离子水各洗涤 次抽滤将滤渣用少量水溶解加入预热至 的 溶液使混合液中 的含量为.放入 冰箱预冷冻之后在 冷 冻 干 燥 制 得/()复合气凝胶 将 表面喷金通过 分析样品的微观结构.对()吸附性能.对()吸附的影响取 加入 为 的/()溶液 室温振荡吸附 按照二苯碳酰二肼法测定溶液中残留()按式()计算 的吸附量()()式中、分别为 时间、时间的()浓度/吸附液体积 质量 时间的吸附量/.用量对()吸附的影响 分别取 加入 的()溶液吸附条件同.节分析 的吸附率.吸附动力学取 加入 的()溶液吸附条件同.节在不同时间点取样分析 的吸附量.吸附等温方程取 分别加入至/的()溶液在 下振荡吸附 分析 的吸附量 结果与讨论.气凝胶的结构及微观形貌以 为载体 为增强剂将吡咯通过原位氧化聚合及冷冻干燥得到 复合气凝胶 的数码照片及微观形貌见图 图 的数码照片及微观形貌.丁达尔现象(左为 悬浮液右为去离子水).数码照片.图 由图 可知当激光穿过 悬浮液时产生了丁达尔现象说明 悬浮液为纳米级的胶体溶液 由图 可知通过三种材料的交联聚合得到了黑色 气凝胶其结构均匀稳定 图 为 的微观形貌 气凝胶呈三维网络结构其多孔结构有利于对重金属的吸附.气凝胶对()的吸附.溶液 对()吸附的影响 值对 吸附()的影响见图 图 对()吸附性能的影响.()第 期杨明琰等:纳米纤维素/聚吡咯气凝胶的制备及吸附性能综合实验设计 由图 可知当溶液 从 增加到 时吸附量达到最大此后逐渐减小 这是因为 时溶液中的()主要以 形式存在不能被带正电荷的 吸附 当 时()主要以 的形式存在但 表面正电荷密度降低减少了对()的静电吸附.不同 用量对()吸附率的影响 用量对()吸附率的影响见图 图 用量对()吸附效率的影响.()由图 可知随着 用量的增加吸附量迅速增大当 用量为 时吸附率达到了说明溶液中的()基本被吸收完全因此 用量 为最优.吸附动力学 对不同浓度的()的吸附动力学结果见图 图 吸附时间对()吸附性能的影响.()由图 可知吸附初始阶段由于气凝胶上含有大量的吸附位点且溶液浓度较高()的吸附量迅速增加 吸附 后随着吸附位点的饱和及溶液中()浓度的减少吸附速率逐渐降低直至达到吸附平衡通过准一级吸附动力学方程及准二级吸附动力学方程拟合 气凝胶对()的吸附动力学曲线准一级吸附动力学:().()准二级吸附动力学:()式中 分别为平衡吸附量及 时间的吸附量/准一级动力学模型速率常数 准 二 级 动 力 学 模 型 速 率 常 数/()由图 可知准二级动力学方程对()吸附拟合效果较好均 .表明 对()的吸附过程为化学吸附图 吸附动力学拟合结果.准一级吸附动力学拟合.准二级吸附动力学拟合.吸附等温线 对()的吸附结果及吸附等温线见图 的平衡吸附量分别采用 模型(式)及 模型(式)拟合 模型:()模型:()式中 平衡吸附浓度/分别为平衡及理论吸附量/模型常数/模型常数()/应用化工第 卷 由表 可知 模型的 均高于.说明吸附过程与 模型较吻合为非均匀表面多层吸附图 ()的等温吸附模型拟合.().等温吸附模型拟合.等温吸附模型拟合表 两种等温吸附模型拟合结果 温度/等温吸附模型 等温吸附模型/()/()/().实验设计依据传统实验教学通常基于某一门理论课程涉及的知识体系较为单一对学生综合能力的培养有一定欠缺 本研究以生物质材料为载体将材料制备、结构表征及吸附性能研究有机结合学科交叉性强作为应用化学、林产化学、化工、材料、环境等专业学生的综合实验开设有利于培养学生跨学科思维及解决复杂综合问题的能力促进学生全面发展 此外本研究聚焦水环境治理对引导学生关注环境保护加强学生的社会责任感及使命感有积极的作用 结论本文以麦秆 为载体采用原位氧化聚合法制备 复合气凝胶 气凝胶为黑色三维网络多孔结构兼具 及聚吡咯的优点对废水中的()有良好的吸附性能 本研究内容综合性强十分适合用于化学、材料及环境等相关专业的本科生综合实验教学参考文献:.:.():.:.蔡晓丹陈欣玥管舒仪等.纳米纤维素/聚乙烯亚胺水凝胶的制备及对()的吸附.应用化工():.()().(/):.马玉杨凯王刚等.含铬废水处理方法的研究进展.应用化工():.().():.().():./.:.金钰.二苯碳酰二肼分光光度法测定水中六价铬测量不确定度评定.中国环境监测():./.():.:.张晓玉张政徐奥等.改性木质素基水凝胶的制备及其对()和甲基橙的吸附研究.化学与生物工程():.