关键词:
生物质水凝胶
间隔织物
界面蒸发
吸附
Cr(Ⅵ)
摘要:
近年来,经济的快速发展,导致三废问题(废水/废气/废渣)日益突出,其中,工业废水问题犹为严重。研究表明,工业废水中主要含有铅、汞、铬等重金属,油脂、染料等有机物,这些成分会对水体造成严重的破坏。针对废水处理问题,目前吸附法操作简单且环境友好,广泛应用于水处理领域。常见的吸附剂主要为碳基、非金属氧化物、金属有机骨架等,然而上述材料在原料选择上来源有限,同时制备过程复杂且需使用化学试剂,导致规模化应用成本高并可能引发二次污染,因此如何制备一种绿色、高效且对环境友好的吸附材料至关重要。
基于上述研究背景,本文采用生物质材料,通过物理交联制备水凝胶,确保了水凝胶吸附剂在原料选择和制备过程中不会对环境造成污染,同时利用材料表面的氨基、羟基、磺酸基等吸附官能团,基于氧化还原、静电吸引、络合等多种吸附机理,开发了生物质水凝胶纺织复合材料吸附剂,并应用于重金属(铬)的吸附处理。
首先,本论文选择壳聚糖、木质素生物质材料作为水凝胶主要原料,引入聚苯胺颗粒作为还原性物质,利用聚乙烯醇作为交联剂,通过物理冷冻-解冻法,成功构筑了聚乙烯醇/壳聚糖/木质素/聚苯胺复合水凝胶吸附材料。实验结果表明,在p H=2,T=40℃的条件下,水凝胶最大吸附量为320 mg g-1。通过循环实验探究了水凝胶的循环使用性,发现水凝胶在循环5次后,对于Cr(Ⅵ)的去除率仍保持在83%以上。最后通过植物生长实验,验证了水凝胶实际使用效果的安全性。
在此基础上,针对现有水凝胶吸附剂存在的力学性能弱的问题,通过将水凝胶灌注在间隔织物中,以此提高力学性能,构筑了壳聚糖/木质素生物质水凝胶纺织复合材料。结果显示,水凝胶纺织复合材料的最大压缩应力达到2.78 MPa。此外,本文通过将界面蒸发与吸附相结合,实现在低耗能的条件下协同净水与集水。结果表明,在一个太阳光照下,该材料表面温度(干态)可达56.2℃,蒸发速率为1.13 kg m-2 h-1,收集的蒸发水中Cr(Ⅵ)离子浓度为0.001 mg L-1,展现了优异的光热转化性能和吸附性能。
综上所述,本论文开发了一种具有高吸附性能和优异力学性能的生物质基水凝胶纺织复合材料,并应用于Cr(Ⅵ)吸附,为重金属废水处理提供了一种新的解决方案。