纤维素(衍生物)/有机蒙脱土纳米复合吸附剂制备及性能研究

摘要

本论文以纤维素（衍生物）、有机蒙脱土为基本原料和研究对象，讨论了不同制备条件下二者的复合材料对阴离子染料刚果红和阳离子染料亚甲基蓝的吸附性能，通过FT-IR、XRD、TEM、EDS、SEM和TG等手段来研究该吸附剂的微观结构特征。同时探索了吸附剂对染料的吸附和解吸能力，并对其吸附动力学和吸附热力学进行了研究。
　　本论文的研究结论归纳如下：
　　一、研究了不同制备条件对纤维素/有机蒙脱土纳米复合吸附剂吸附刚果红的影响并对复合材料的结构进行了表征。同时分析了该吸附剂对刚果红的吸附和解吸行为，并讨论了吸附热力学和吸附动力学。
　　选择制备该纳米复合吸附剂的最佳条件为：纤维素与有机蒙脱土投料比为6:1，氢氧化钠浓度为10%，反应温度为50℃，反应时间为6h，此条件下制备的吸附剂对刚果红的吸附量可达80.04mg/g。
　　表征结果显示：复合材料中既存在着有机蒙脱土的骨架结构，又有纤维素大分子存在。纤维素分子上的基团可能与蒙脱土分子的层间阳离子发生了配位或络合作用，形成了一个相对稳定的剥离-插层型结构，有机蒙脱土的存在大大改善了纤维素的热稳定性。
　　吸附剂吸附刚果红的最佳条件为：在30℃、pH=4，染料初始浓度为500mg/L的条件下吸附6h时吸附达到平衡，吸附量达100.76mg/g。纤维素/有机蒙脱土纳米复合吸附剂对刚果红的吸附符合伪二级动力学模型和Langmuir单分子层模型。解吸研究结果显示：当采用浓度为0.01mol/L的氢氧化钠作为解吸试剂对吸附饱和的吸附剂在振荡器中解吸6h时，其解吸率可达13.75%，而采用超声波辅助解吸20min时，染料的脱附率可达45%，该纳米复合吸附剂具有一定的可再生和重复使用的潜力。
　　二、研究了不同制备条件对羧甲基纤维素/有机蒙脱土纳米复合吸附剂吸附刚果红的影响。对复合材料制备的吸附剂进行表征后，研究了该吸附剂对刚果红的吸附、解吸作用及吸附热力学和吸附动力学。
　　该纳米复合吸附剂吸附刚果红的最佳条件是：改性剂的用量为蒙脱土阳离子交换容量的1倍、羧甲基纤维素与有机蒙脱土的质量比为1:1、反应时间为6h、反应温度为60℃。此时最大吸附量可达171.37mg/g。
　　结构表征结果显示：羧甲基纤维素的–C–O–C，–C=O–和–OH基团可能与有机蒙脱土中的–CH3,–CH2和 Si–O基团同时发生了物理及化学反应。羧甲基纤维素分子已成功进入有机蒙脱土层间，使有机蒙脱土的层间距进一步增加，最终形成了插层与剥离结构共存的羧甲基纤维素/有机蒙脱土纳米复合吸附剂。同时，该吸附剂具有较高的热稳定性。
　　在染料初始浓度为800mg/L，染料pH=10，吸附温度30℃条件下，吸附4 h后，吸附剂对染料表现出较好的吸附效果，吸附量可达156.64mg/g。对其吸附行为进行探索后发现：该吸附剂对刚果红的吸附符合伪二级动力学模型和Langmuir等温式。分别借助振荡器和超声波对吸附饱和的吸附剂进行解吸，研究解吸时间对吸附剂解吸实验的影响，结果表明：超声波条件下的解吸效果（34.45%）好于无超声波条件（15.69%），超声波有助于提高解吸率。
　　三、研究了不同制备条件对纤维素/有机蒙脱土纳米复合吸附剂吸附阳离子染料亚甲基蓝的影响。
　　吸附亚甲基蓝的最佳制备条件为：氢氧化钠浓度为10%，纤维素与有机蒙脱土投料比为1:1，反应时间为6h，反应温度为50℃。此时该复合吸附剂对染料亚甲基蓝表现出良好的吸附效果，最大吸附量可达368.98mg/g。
　　四、研究了不同制备条件对羧甲基纤维素/有机蒙脱土纳米复合吸附剂吸附阳离子染料亚甲基蓝的影响。
　　实验结果得出：在改性剂CTAB的用量为蒙脱土阳离子交换容量的0.5倍、羧甲基纤维素与有机蒙脱土的质量比为2:1、反应时间为6h、反应温度为60℃的条件下，羧甲基纤维素/有机蒙脱土纳米复合吸附剂对阳离子染料亚甲基蓝的吸附量可达611.25mg/g。

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1 绪论

1.1 引言

1.2 蒙脱土与有机蒙脱土研究现状

1.3 纤维素及羧甲基纤维素的研究现状

1.4 天然高分子（衍生物）/粘土复合材料的研究现状

1.5 研究目的

1.6 研究内容

2 制备条件对纤维素/有机蒙脱土纳米复合吸附剂吸附解吸阴离子染料刚果红的性能研究

2.1 实验材料与仪器

2.2 实验方法

2.3 结果与讨论

2.4 结论

3 不同制备条件对羧甲基纤维素/有机蒙脱土纳米复合吸附剂吸附和解吸刚果红的性能研究

3.1 实验材料与仪器

3.2 实验方法

3.3 结果与讨论

3.4 结论

4 不同制备条件对纤维素/有机蒙脱土纳米复合吸附剂吸附阳离子染料亚甲基蓝的影响

4.1 实验材料与仪器

4.2 结果与讨论

4.3 结论

5 不同制备条件对羧甲基纤维素/有机蒙脱土纳米复合吸附剂吸附阳离子染料亚甲基蓝的影响

5.1 实验材料与仪器

5.2 实验方法

5.3 结果与讨论

5.4 总结

6 总结与建议

6.1 结论

6.2 建议

致谢

参考文献

作 者 简 介