【摘 要】
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细菌纤维素（Bacterial cellulose,BC）由于自身亲水性强,可生物降解以及含有大量羟基官能团等特性,是理想的离子吸附材料。但由于细菌纤维素构效关系的影响,限制了其在吸附材料领域的应用,因此将BC纳米纤维膜与其他吸附材料进行复合得到细菌纤维素基功能性纳米纤维膜被视为一种有效的解决方法。本论文通过生物培养法制备出天然可降解的BC,并将其作为基底材料,以聚多巴胺（Polydopamine
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细菌纤维素（Bacterial cellulose,BC）由于自身亲水性强,可生物降解以及含有大量羟基官能团等特性,是理想的离子吸附材料。但由于细菌纤维素构效关系的影响,限制了其在吸附材料领域的应用,因此将BC纳米纤维膜与其他吸附材料进行复合得到细菌纤维素基功能性纳米纤维膜被视为一种有效的解决方法。本论文通过生物培养法制备出天然可降解的BC,并将其作为基底材料,以聚多巴胺（Polydopamine,PDA）和UiO-66-NH2为吸附材料与BC进行复合,分别制备出了两种不同的细菌纤维素基功能性纳米纤维膜,并对制备的纳米纤维膜的形态进行调控与表征,同时测试了两种材料分别对Fe3+、Cu2+以及Cd2+的吸附效果,探究了溶液p H值、初始浓度和吸附时间对吸附性能的影响,并对其吸附机理进行阐述。论文的具体研究内容如下:（1）采用生物培养的方法制备出天然可降解的细菌纤维素材料,利用PDA材料的仿贻贝特性使其负载在BC的纤维表面,制备出BC@PDA复合纳米纤维膜。对BC@PDA复合纳米纤维膜的吸附性能进行测试,探究p H值和吸附时间对其吸附性能的影响,并阐述其吸附机理。结果表明BC@PDA复合纳米纤维膜对Fe3+、Cu2+以及Cd2+溶液吸附的最佳p H值分别为3.0、5.0和6.5,吸附平衡时间为140 min,吸附量分别为110.57 mg/g、67.26 mg/g以及65.84 mg/g,而BC对Fe3+、Cu2+以及Cd2+溶液的吸附量分别为46.65 mg/g、15.87mg/g以及14.81 mg/g,负载PDA后BC对Fe3+、Cu2+以及Cd2+溶液的吸附量分别提升了137%、324%和345%。对BC@PDA复合纳米纤维膜的吸附进行模型拟合,拟合结果表明BC@PDA复合纳米纤维膜的吸附行为与准二级动力学模型拟合较好,在等温吸附模型拟合中与Freundlich等温吸附模型拟合更好,说明吸附主要由多分子层的化学吸附组成。最后,对BC@PDA复合纳米纤维膜重复使用性能进行探究,发现经过三个循环使用后,其吸附容量仍保持在50%以上,说明BC@PDA复合纳米纤维膜具有一定的重复使用性能。（2）采用溶剂热法在BC表面负载UiO-66-NH2,制备出UiO-66-NH2/BC复合纳米纤维膜,并调控其晶体生长形态,探究不同生长形态的晶体负载在BC上制备出的UiO-66-NH2/BC复合纳米纤维膜的差异。根据SEM、TEM以及力学性能等测试结果分析得出加入乙酸作调控制备出的UiO-66-NH2/BC-3复合纳米纤维膜为最佳材料,对UiO-66-NH2/BC-3复合纳米纤维膜的吸附性能进行研究,结果表明UiO-66-NH2/BC-3复合纳米纤维膜对Fe3+、Cu2+以及Cd2+的最佳吸附p H值分别为3.0、5.0以及6.5,吸附平衡时间均为10 h,吸附量分别为127.27 mg/g、114.34 mg/g以及83.66 mg/g。纯BC纳米纤维膜对Fe3+、Cu2+以及Cd2+的吸附量分别为44.26 mg/g、36.50 mg/g以及20.92mg/g,与纯BC的吸附量相比,UiO-66-NH2的负载使得BC对Fe3+、Cu2+以及Cd2+的吸附量分别提升了188%、213%和300%。通过对UiO-66-NH2/BC-3复合纳米纤维膜的吸附行为进行拟合发现,UiO-66-NH2/BC-3复合纳米纤维膜的吸附相较于准一级动力学模型,与准二级动力学模型拟合更好,而在等温吸附模型拟合中,Langmuir等温吸附模型拟合的结果更好,表明UiO-66-NH2/BC-3复合纳米纤维膜的吸附是以单分子层化学吸附为主的吸附。UiO-66-NH2/BC-3复合纳米纤维膜在经历过三次吸附-解吸的重复性能测试后,效率仍能够保持在50%以上,表明UiO-66-NH2/BC-3复合纳米纤维膜具备一定的可重复性能。综上所述,本论文采用生物培养法制备出天然可降解的BC,通过对BC进行改性分别制备出两种不同的细菌纤维素基功能性纳米纤维膜,并对两种细菌纤维素基功能性纳米纤维膜材料的吸附性能进行探究。研究结果表明两种材料对Fe3+、Cu2+以及Cd2+具有较好的吸附性,且具有一定的可重复使用性能。
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