编号：TLHY00347

篇名：天然高分子复合水凝胶的制备及其染料吸附性能研究

作者： 由一江

关键词： 天然高分子材料; 水凝胶微球; 染料吸附; 废水处理; 表面与界面;

机构： 长春工业大学

摘要： 随着印染工业的快速发展,水污染是一个重要的环境问题。染料废水因其污染量大、难以有效处理而备受关注。因此,开发有效的去除废水中染料的方法尤为重要。吸附法是一种有效的去除废水中污染物的方法,因其简单高效、绿色环保和可循环利用而广泛应用于工业过程。在众多吸附剂中,天然高分子水凝胶因其制备工艺简单、原材料来源丰富、无毒无害以及具有可生物降解性等特性,被认为是一类极具发展潜力的吸附剂。因此,本论文以天然高分子凝胶材料为原料,制备了两种不同形式的生物基凝胶复合微球,主要研究内容包括: (1)以海藻酸钠(SA)为水凝胶骨架材料,以羧甲基纤维素(CMC)和高岭土(Kaolin)为增强材料,采用瞬时凝胶法制备了水凝胶微球吸附剂(SA/CMC-K)。研究了SA/CMC-K复合微球对阳离子染料亚甲基蓝(MB)的吸附机理。利用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和热重分析(TGA)等手段,对微球的特性进行了全面表征。通过引入吸附动力学和热力学模型,对吸附过程进行了详细分析。结果表明,在MB初始浓度为100 mg/L的条件下,当p H值为7且温度为30℃时,平衡吸附容量可达84.63 mg/g。吸附过程符合Langmuir等温线方程和准二级动力学模型,表明吸附主要以化学吸附为主。此外,SA/CMC-K复合微球在五个循环后保持了71.74%的吸附效率。所制备的微珠既经济又环保,有望用于阳离子染料废水的吸附处理。 (2)以壳聚糖(CS)和明胶(Gel)为主要原料,戊二醛(GA)作为交联剂,二乙烯三胺(DETA)作为改性剂,通过溶胶-凝胶法成功制备了DETA接枝的壳聚糖/明胶微球(DETA-CS/Gel)。本研究系统考察了该吸附剂在不同p H值、初始浓度、吸附时间和温度条件下的甲基橙(MO)吸附性能,并利用傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)和能量色散光谱(EDS)等技术对其结构和微观形貌进行表征。此外,通过建立吸附动力学和热力学模型对MO的吸附过程进行拟合分析。结果表明,DETA-CS/Gel微球对MO的最大吸附量可达176.95 mg/g,且在120分钟内即可达到吸附平衡。该微球具有良好的循环利用性能,在经过5次吸附-解吸循环后,对MO的吸附量仅降低了10%。吸附过程符合准二级动力学模型和Langmuir模型,表明吸附主要以化学吸附为主的单层吸附机制,为阴离子染料废水的处理提供了一种潜在方法。