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改性纤维素类吸附剂应用(二)

[db:作者] / 2023-01-05 00:00

笔者采用原子转移自由基聚合,在离子液体(BMIMCl)中对纤维素进行均相接枝共聚,并用乙二胺对其进行胺化开环改性,制备出含N型纤维素吸附剂NPGMA,对产物的性能和吸附过程进行研究主要得出以下结论:

  

①以甲基丙烯酸缩水甘油酯为单体,CuBr/bpy为催化体系,纤维素氯乙酰酸酯为大分子引发剂,成功地引发了GMA在离子液体中的ATRP。通过对聚合温度以及单体浓度等因素的改变,所得的纤维素接枝共聚物的分子量及分子量分布是不同的。整个聚合过程符合一级动力学规律,表明该聚合反应是活性可控的。用透射电镜可以观察到Cell-g-PGMA在丙酮溶液中的自组装行为。此外,热重显示,接枝改性后的纤维素热稳定性较之前未改性的纤维素稍差。XRD谱图显示,纤维素经ATRP接枝改性后相对结晶度明显降低。

  

②用乙二胺对纤维素接枝共聚物进行胺化开环改性,纤维素吸附剂制备的最佳工艺条件为:当纤维素接枝共聚物0.5g时,乙二胺用量20mL,反应温度80℃,改性时间1h时得到的纤维素吸附剂NPGMA对Cr(VI)的去除率效果最好为98.89%。红外分析显示,通过胺化开环改性,Cell-g-PGMA上的环氧基特征峰已完全消失,出现了氨基特征峰。热分析结果表明,NPGMA的纤维素结构稳定性变差。环境扫描电镜图中可以看出,胺化开环改性后,NPGMA表面呈多孔状态,有利于吸附。

  

③影响NPGMA对Cr(VI)吸附效果的因素主要有吸附质的pH值、吸附温度、吸附时间以及Cr(VI)的初始质量浓度。试验结果表明,NPGMA的吸附容量随着Cr(VI)初始质量浓度的升高而增大;NPGMA的零电荷点pHpzc=7.92,NPGMA吸附Cr(VI)的最佳吸附条件是:Cr(VI)初始质量浓度为100mg/L,pH=3,吸附时间为180min,吸附温度为20℃,此时,Cr(VI)去除率为99.60%。

  

④NPGMA对Cr(VI)的吸附符合Langmuir吸附等温式和Freundlich吸附等温式,属于单分子层吸附,且该过程是自发的吸热过程。NPGMA对Cr(VI)的吸附动力学研究证实,吸附过程由表面扩散和颗粒内扩散联合控制,且以颗粒内扩散为主。吸附速率常数随着温度的升高而增大。吸附机理为:在强酸性条件下,阴离子形态的Cr(VI)在静电力驱动下扩散进入吸附剂表面的活性位点,与吸附剂表面的碱性官能团发生离子交换。

  

⑤通过XRD分析,NPGMA的结晶度进一步降低,吸附Cr(VI)后,Cr(VI)进入NPGMA内部后阻隔分子链的运动,更加破坏了分子链的规整排布,结晶度下降。对比吸附剂吸附前后的红外图,以及XPS和EDAX分析,都证明Cr(VI)被吸附。

  

⑥解吸再生结果表明,当氢氧化钠溶液作为解吸剂时,其最佳使用条件为:氢氧化钠浓度为2mol/L,解吸时间为1h,相应的解析率为92.28%。对NPGMA进行再生循环利用,其三次再生循环使用后对Cr(VI)的吸附容量仅下降10%左右,说明NPGMA具有优异的再生性能。通过环境扫描电镜和红外谱图分析NPGMA解析后的结构,结果表明,解吸后其结构与再生前的结构变化基本不明显,仍具有吸附性能。