多孔复合纤维膜的离心纺构筑及其重金属离子吸附应用研究

摘要

随着我国工业化进程的推进，所带来的重金属离子污染问题日益加剧。目前，国内外常用的重金属废水处理方法有化学沉淀法、离子交换法、氧化还原法、吸附法及膜分离法等。其中，吸附法作为一种普遍可行的技术，因其高效、低成本和环境友好等优点而备受关注。蒙脱土(MMT)是一种绿色环保的天然吸附材料，因其片层结构以及层间的低价阳离子具有的离子交换性能，常被用作重金属废水的吸附剂。但由于其具有较强悬浮性，使其在废水处理过程中存在不易分离和回收、易造成再次污染等问题。多孔纤维材料具有较大的比表面积及一定的固体负载能力，常作为某些吸附材料的负载基材。离心纺丝技术作为一种高效制备多孔纤维膜的绿色工艺，其具有一定的工业化应用前景。本课题选用具有良好生物相容性、可降解性的醋酸纤维素(CA)作为MMT负载基材，采用离心纺丝设备构筑多孔复合纤维膜，在弥补MMT弊端的同时赋予了CA纤维膜更优异的吸附性能。主要研究内容及结果如下:　　(1)多孔CA纤维膜的离心纺可控制备　　通过对纺丝液溶剂类型及其配比的探究得知，当所选溶剂二氯甲烷(DCM)与二甲基亚砜(DMSO)质量配比为8∶2时成功制备具有多孔结构的CA纤维膜;基于该配比下考察了离心纺丝体系中的其他纺丝参数对多孔CA形貌的影响，通过SEM进行表征，结果表明:在溶剂DCM与DMSO质量配比为8∶2时，CA纺丝液可纺范围为11～14wt％，多孔CA纤维直径随喷丝孔径增大而增大，随着转速的增大而减小;当CA浓度为12wt％，转速为8000rpm，喷丝孔孔径为0.4mm，固定收集距离12cm，可获得形貌结构较好的多孔CA纤维膜。　　(2)MMT的改性及多孔复合纤维膜的制备　　基于多孔CA纤维膜离心纺丝参数，通过引入MMT以制备多孔复合纤维膜。为提高MMT在复合纤维膜中的负载量，通过两种改性方法制得三种改性MMT并将其与CA混纺成多孔复合纤维膜。分别探究了改性前后MMT的形貌结构变化以及对多孔复合纤维膜的影响，结果表明:改性后的MMT中引入了相应改性物的特征基团，且层间距最大变化从0.963nm增加到1.077nm;相对于天然MMT最大3wt％的添加量，改性MMT其最大添加量增加到5wt％，在复合纤维膜中组分占比约为16.45％。　　(3)多孔复合纤维膜对Cu2+的吸附性能研究　　将制备出的多孔复合纤维膜应用于Cu2+的吸附实验，探究其吸附性能。结果表明:制备的Swt％CTS-MMT复合纤维膜在吸附液pH=5时，经过10h的静态吸附后对Cu2+最大吸附量可达60.272mg/g;多孔复合纤维膜对Cu2+的吸附等温线可由Langmuir模型来描述，属于单分子层吸附;其吸附动力学遵循准二级动力学模型，吸附过程中由多种动力学机理协同作用;多孔复合纤维膜经过五次解吸循环后仍能保持83％的Cu2+吸附效果，说明具有良好的重复利用性。

目录

声明

摘要

第一章绪论

1．1课题背景及意义

1．2水中重金属离子污染及去除研究现状

1．3蒙脱土及改性材料在重金属离子处理中的应用

1．4多孔复合纤维膜研究现状

1．4．1多孔复合纤维膜的制备方法

1．4．2多孔复合纤维膜在重金属离子处理中的应用

1．5离心纺丝技术的研究现状

1．6课题研究目的及主要内容

第二章多孔CA纤维膜的离心纺可控制备

2．1引言

2．2实验部分

2．2．1实验材料

2．2．2实验设备

2．2．3实验方法

2．2．4测试表征

2．3结果与讨论

2．3．1溶剂配比对CA纤维膜的形貌影响

2．3．2纺丝液浓度对多孔CA纤维膜的形貌影响

2．3．3纺丝转速对多孔CA纤维膜的形貌影响

2．3．4喷丝孔孔径对多孔CA纤维膜的形貌影响

2．3．5多孔CA纤维膜的纤维表面形貌结构分析

2．4本章小结

第三章MMT的改性及多孔复合纤维膜的制备

3．1引言

3．2实验部分

3．2．1实验材料

3．2．2实验设备

3．2．3实验方法

3．2．4测试与表征

3．3．1不同质量分数MMT对多孔复合纤维膜的影响

3．3．2改性MMT形貌及结构分析

3．3．3不同质量分数改性MMT对多孔复合纤维膜的影响

3．4本章小结

第四章多孔复合纤维膜对Cu2+的吸附性能研究

4．1引言

4．2实验部分

4．2．1实验材料

4．2．2实验设备

4．2．3实验方法

4．2．4测试与表征

4．3结果与讨论

4．3．1溶液pH值对多孔复合纤维膜吸附性能的影响

4．3．2多孔复合纤维膜吸附Cu2+的动力学研究

4．3．3多孔复合纤维膜吸附Cu2+的吸附等温线研究

4．3．4多孔复合纤维膜的再生循环利用性研究

4．4本章小结

第五章结论与展望

5．1结论

5．2创新性

5．3展望

参考文献

附录

致谢