纤维素基复合气凝胶的制备及其在染料处理方面的研究

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众所周知,染料加工废水是现代工业快速发展中的主要有害工业废水之一,如何有效处理其中的染料是一个亟待解决的问题。气凝胶是一种多孔网状吸附材料,在净化污水吸附染料方面有着广泛的应用。作为第三代新的气凝胶材料,纤维素气凝胶因为其原材料获取途径多、可再生、生物相容性好等优点受到人们的重视。本文使用棉浆为原料,环保的回收率高的N-甲基吗啉-N-氧化物(NMMO)作为溶剂来制备纤维素气凝胶;使用N,N-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)作为交联剂,制备了MBA/纤维气凝胶;使用氧化石墨烯(GO)作为添加剂,制备了氧化石墨烯/纤维素气凝胶。并对制备的气凝胶进行了染料吸附研究。具体研究内容如下:(1)纤维素气凝胶的制备使用的方法为溶胶-凝胶法和冷冻干燥法。得到的纤维素气凝胶显示出三维网状多孔结构,最低密度低可达0.0665 g/cm~3,最高孔隙率可到95.8%。对刚果红(CR)染料的吸附效果最好,最大吸附量183.77 mg/g。制备的纤维素气凝胶为纤维素Ⅱ晶型,随着纤维素含量的增加,孔洞越来越小并且越来越密集,密度增加。气凝胶的初始热分解温度在285℃左右,热稳定性好。纤维素的含量越低时,气凝胶材料对CR的吸附效果越好。(2)以MBA为交联剂制备了MBA/纤维素气凝胶。随着MBA含量的增加,MBA/纤维素气凝胶的孔洞变大并且孔隙结构均匀,密度降低同时孔隙率增加。MBA的加入削弱了纤维素的聚集和沉淀。MBA/纤维素气凝胶具有良好的热稳定性,且对CR染料的吸附性能更好,最大吸附量达260.31 mg/g,高于纯纤维素气凝胶。(3)将超声分散的氧化石墨烯水溶液与NMMO溶液混合均匀作为溶剂制备了氧化石墨烯/纤维素复合气凝胶。纤维素和氧化石墨烯复合可以有效避免氧化石墨烯的团聚,且GO的加入增加了气凝胶对亚甲基蓝(MB)染料的吸附能力,复合气凝胶的最大吸附量达125.54 mg/g,高于纯纤维素气凝胶。
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