轻质聚苯胺复合吸附材料的制备及吸附性能研究

摘要

聚苯胺（PANI）具有大量的氨基及亚胺基结构，同时兼具成本低廉、易制备及良好的环境稳定性，使其在有机染料废水处理领域有着很大的应用潜力。针对现有聚苯胺吸附材料多以粉体形态为主、吸附后较难分离的应用弊端，本论文采用具有三维多孔结构的聚氨酯海绵（PU）及具有空腔结构的空心玻璃微球（HGS）为载体，通过羧基化多壁碳纳米管（CNTs）修饰及苯胺原位聚合的方式制备轻质、易分离的聚苯胺复合吸附材料。采用傅立叶变换红外光谱（FTIR）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线衍射光谱（XRD）、Zeta电位、X射线光电子能谱（XPS）、热失重（TG）等方法对材料的结构和性能进行表征和分析。
　　首先通过羧基化碳纳米管水分散液与聚氨酯海绵的超声处理得到PU/CNTs复合材料，通过苯胺的原位聚合制备轻质PU/CNTs/PANI复合吸附材料。SEM及FTIR分析结果表明聚苯胺可完整包覆在聚氨酯海绵骨架上，紫外吸收光谱结果表明轻质PU/CNTs/PANI复合吸附材料对甲基蓝染料的吸附效果优于PU/PANI，甲基蓝染料浓度为10mg/L时，PU/CNTs/PANI复合材料最高吸附率为95.00％。
　　通过层层自组装法制备了具有粗糙表面形貌的HGS/CNTs复合材料，再通过原位聚合制备得到轻质HGS/CNTs/PANI复合吸附材料。分析了羧基化碳纳米管的引入及制备过程中苯胺单体浓度的控制，对HGS/CNTs/PANI结构及组成的影响。经过结构分析，苯胺初始浓度为0.4mol/L时得到的轻质HGS/CNTs/PANI复合吸附材料结构控制最佳。TG结果显示复合材料中CNTs含量为1.05%，PANI复合量为40.04%。SEM结果表明HGS/CNTs/PANI复合材料表面具有管状聚苯胺层叠、交错的结构和粗糙的表面形貌。对轻质HGS/CNTs/PANI复合吸附材料吸附性能进行分析，结果表明在甲基蓝染料初始浓度为10mg/L条件下，吸附率最高达99.98%。XPS、FTIR测试结果表明聚苯胺复合吸附材料吸附甲基蓝染料后，甲基蓝与掺杂聚苯胺的酸根离子氯离子发生了离子交换反应。
　　采用等温线模型和动力学模型对轻质HGS/CNTs/PANI吸附甲基蓝染料进行分析，线性拟合结果表明轻质HGS/CNTs/PANI复合吸附材料吸附等温线符合Langmuir吸附模型，动力学符合准二级动力学模型。

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第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 水中有机染料的处理方法及研究进展

1.3聚苯胺的研究现状与技术应用

1.4 聚苯胺吸附材料的研究现状

1.5 课题主要研究内容

第2章 实验部分

2.1 实验药品及实验仪器

2.2聚氨酯海绵/聚苯胺复合吸附材料的制备

2.3 空心玻璃微球/聚苯胺复合吸附材料的制备

2.4 轻质聚苯胺复合吸附材料的吸附性能研究

2.5 轻质聚苯胺复合吸附材料的结构及性能分析

第3章 轻质PU/CNTs/PANI复合吸附材料研究

3.1 PU/PANI的结构及吸附染料性能研究

3.2 PU/CNTs/PANI的结构调控及吸附染料的性能研究

3.3 本章小结

第4章轻质HGS /CNTs/PANI复合吸附材料研究

4.1 HGS/PANI的结构及吸附性能研究

4.2 HGS/CNTs/PANI的结构调控及吸附性能研究

4.3 HGS/CNTs/PANI吸附模型分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

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