天然高分子化合物改性聚氨酯发泡材料的制备及染料吸附性能研究

摘要

染料是环境污染的重要污染源，大多数染料都是有毒的致癌化合物，在所接受环境中很稳定，不容易去除，对人类健康和环境卫生构成了严重威胁。因此，染料废水处理越来越引起人们的关注。
　　 聚氨酯是一种被广泛使用的高分子材料，具有优良的机械性能和良好的耐水性能。聚氨酯泡沫材料具有网状结构、密度小、表面积大、吸附效率高等特点，作为载体，它被广泛使用于许多领域。本文用天然高分子化合物对聚氨酯多孔材料进行改性，并探讨了其对染料的吸附性能。
　　 本文首先以天然高分子壳聚糖(Cs)为改性剂，聚醚多元醇(NJ-210)和异佛尔酮二异氰酸酯(IPDI)单体为原料，制备了一系列壳聚糖改性的壳聚糖/聚氨酯(Cs/PU)多孔材料。采用红外光谱仪(FT-IR)、差示扫描量热仪(DSC)和热重(TG)等测试装置对材料进行了表征。通过改变壳聚糖的含量、用量、时间和温度等吸附条件，研究Cs/PU多孔材料对偶氮染料溶液的吸附效果。结果表明，Cs/PU对偶氮溶液的吸附率明显大于空白PU，在最佳吸附条件下，78％的偶氮染料能够被吸附;且吸附率随着温度的升高而降低，吸附过程是自发的放热反应。Cs/PU多孔材料对偶氮染料废水的处理具有潜在的应用。
　　 采用一步发泡法，制备了一系列的β-环糊精(β-CD)改性的聚氨酯多孔材料(β-CD/PU)。通过红外谱图(FT-IR)表征了所制备的多孔材料的结构，TG和DSC分析说明β-CD改性后的聚氨酯多孔材料具有良好的热稳定性和耐高温性。通过改变β-环糊精的含量、用量、时间和温度等吸附条件，系统地研究了β-CD/PU多孔材料对铬黑T、铬蓝黑R、高锰酸钾溶液的吸附效果。在最佳吸附条件下，对铬黑T、铬蓝黑R、高锰酸钾溶液的最大吸附率可达到93.14％、94.44％和93％。β-CD/PU对三种溶液吸附的动力学过程均符合准二级动力学方程，均为自发的吸热过程。同时对铬黑T和铬蓝黑R溶液的等温吸附研究表明，吸附过程符合Langmuir等温吸附方程。
　　 本文还以凹凸棒土(HATT)为改性剂，NJ-330和甲苯二异氰酸酯(TDI)为原料，制备了一系列吸附性能较好的HATT/PU多孔材料。采用FT-(I)R、热重(TG)、扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等性能测试装置对材料的结构、表面形貌等进行了表征和测试。结果表明:HATT改性后的聚氨酯多孔材料具有良好的热稳定性;HATT/PU多孔材料的比表面积增加了，更利于对染料分子的吸附;HATT很好的插入到聚氨酯链中，在无机物和聚合物之间建立了一个多层的有序形态。通过改变HATT的含量、用量、时间、温度和pH等吸附条件，系统地研究了HATT/PU多孔材料对孔雀石绿溶液的吸附性能。结果表明:HATT含量为6％，用量为40mg/mL，温度为35℃，pH值为5时吸附2.5h效果最好，吸附率能达到99％以上。通过动力学和热力学研究，结果表明:凹凸棒土/聚氨酯多孔材料对孔雀石绿的吸附符合动力学二级反应过程，具有非常高的相关系数。吸附为自发吸热过程。通过等温吸附研究表明:凹凸棒土/聚氨酯多孔材料对孔雀石绿的吸附均较好地符合Langmuir吸附方程和Freundlich吸附方程，说明吸附既存在物理吸附也存在化学吸附。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 印染废水的概述

1．2．1 印染废水的来源及成分

1．2．2 印染废水的处理方法

1．3 天然高分子的概述

1．3．1 壳聚糖的概述

1．3．2 β-环糊精的概述

1．3．3 凹凸棒土的概述

1．4 聚氨酯泡沫材料概述

1．4．1 聚氨酯的基本结构

1．4．2 聚氨酯的发展现状

1．5 本课题研究的目的和意义

1．6 本课题的主要研究内容

第二章 壳聚糖改性聚氨酯发泡材料的制备和性能研究

2．1 实验部分

2．1．1 实验主要原料

2．1．2 实验主要仪器

2．1．3 Cs/PU发泡多孔材料的制备

2．2 性能测试及结构表征

2．2．1 紫外表征

2．2．2 红外表征

2．2．3 差示扫描量热(DSC)和热重分析(TG)

2．2．4 吸附实验

2．3 结果与讨论

2．3．1 不同壳聚糖含量对发泡多孔材料外观的影响

2．3．2 红外表征

2．3．3 Cs/PU发泡多孔材料TG分析

2．3．4 Cs/PU发泡多孔材料DSC分析

2．3．5 Cs/PU多孔材料对偶氮废液的吸附性能研究

2．4 结论

第三章 β-环糊精改性聚氨酯发泡材料的制备和性能研究

3．1 实验部分

3．1．1 实验主要原料

3．1．2 实验主要仪器

3．1．3 β-CD/PU发泡多孔复合材料的制备

3．2 性能测试及结构表征

3．2．1 紫外表征

3．2．2 红外表征

3．2．3 差示扫描量热(DSC)和热重分析(TG)

3．2．4 吸附实验

3．3 结果与讨论

3．3．1 不同β-环糊精含量对多孔材料外观的影响

3．3．2 红外表征

3．3．3 β-CD/PU发泡多孔材料TG分析

3．3．4 β-CD/PU发泡多孔材料DSC表征及分析

3．3．5 β-CD/PU发泡多孔材料的对铬黑T染料吸附实验研究

3．3．6 β-CD/PU多孔材料的对铬蓝黑R染料吸附实验研究

3．3．7 β-CD/PU发泡多孔材料的对高锰酸钾溶液吸附实验研究

3．4 结论

第四章 凹凸棒土改性聚氨酯发泡材料的制备和性能研究

4．1 实验部分

4．1．1 实验主要原料

4．1．2 实验主要仪器

4．1．3 HATT/PU发泡多孔材料的制备

4．2 性能测试及结构表征

4．2．1 紫外表征

4．2．2 红外表征

4．2．3 热重分析(TG)

4．2．4 SEM测试

4．2．5 XRD衍射的测试

4．2．6 吸附实验

4．3 结果与讨论

4．3．1 不同HATT含量对多孔材料外观的影响

4．3．2 红外表征

4．3．3 HATT/PU发泡多孔材料TG分析

4．3．4 SEM表征及分析

4．3．5 XRD表征及分析

4．3．6 HATT/PU多孔材料的对孔雀石绿溶液吸附实验研究

4．4 结论

第五章 论文总结及前景展望

5．1 论文总结

5．2 前景展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和申请的专利