纤维素/硅藻土吸附材料制备及其吸附特性研究
摘要：以纤维素与硅藻土为原料制备纤维素／硅藻土复合气凝胶。研究了影响纤维素／硅藻土复合气凝胶吸附的因素，以及复合气凝胶吸附亚甲基蓝的等温曲线、动力学与热力学特性。结果表明，随着pH值的提高，纤维素／硅藻土复合气凝胶吸附量增大，碱性条件下最好。纤维素／硅藻土复合气凝胶的吸附量符合Langmuir及伪二级动力学模型。热力学研究表明，纤维素／硅藻土复合气凝胶吸附亚甲基蓝是自发、放热的物理吸附过程。
关键词：纤维素／硅藻土；复合气凝胶；亚甲基蓝；吸附等温线；吸附动力学；吸附热力学
引言
印染废水的治理一直是阻碍纺织行业绿色发展的一大难题，目前常用的去除方法有吸附、沉淀、过滤、微生物法等，其中吸附法以其简单、高效、低成本等优点被广泛应用。本次课题研究通过冷冻干燥法方法制备生物质和硅藻土复合气凝胶，构建这种复合吸附材料用于对水环境中亚甲基蓝的吸附
1 研究背景及意义
1.1研究背景
中国是世界上的资源消耗大国，每年产生大量的废弃物，根据生态环境部发布的《2018年全国大、中城市固体废物污染环境防治年报》一文中指出，大、中城市一般工业固体废物产生量为13．1亿吨，工业危险废物产生量为4010.1万吨，医疗废物产生量为78．1万吨，生活垃圾产生量为20 194．4万吨。这些废弃物的排放严重污染了环境，而印染废水排放污染了大量的水体，使我国本就紧缺的淡水资源雪上加霜。同时水体中的染料会阻止光和氧气的通过，影响水生生物的光合作用，造成水体的富营养化，进而也会对人类健康造成伤害。亚甲基蓝也是众多偶氮类染料废水中的代表性染料，该染料在水溶液中会形成有机“阳离子型”的季胺盐离子基团，因此，分子结构很难被打破且色度较高。目前处理染料废水的方法主要有吸附法，氧化法，微生物法，其中吸附法因成本低，工艺简单，吸附效率高而广泛应用。纤维素作为地球上储量丰富的可再生资源，在对染料废水的去除中扮演重要的角色，但由于其本身对染料废水吸附性能不高，需要对其进行一系列改性处理，以达到去除废水中污染物的要求。基于此，本实验制定了一种新的方案，在充分利用纤维素吸附性能的同时，通过制备纤维素凝胶来改善其三维形貌，并负载介孔氧化铁粒子，进而构建一种新的复合材料，并通过调节亚甲基蓝水溶液的初始浓度，设置不同的吸附时间梯度，来测定复合材料在不同吸附时间段对亚甲基蓝的最大吸附量。另外，可用生物质纤维素制成的气凝胶材料不论在制备研究还是在改性与应用研究方面都受到了非常广泛的重视，是当今材料研究领域中的新热点。纤维素气凝胶是继无机气凝胶和混合聚合物气凝胶之后逐渐兴起的第三代气凝胶。基于气凝胶的三维多孔结构，以及纤维素循环再生、易降解、相容性好等特点，被用于吸附、催化和生物医学等领域。但是纤维素气凝胶机械强度低、结构不均匀、易碎，这些特性限制了其在吸附方面的应用。目前，研究人员通过在纤维素气凝胶中添加增强材料、化学交联剂等以达到增强力学性能、吸附性能的目的。由于密度低、比表面积大、孔隙率高等特点，具有良好的吸附性能。因此，价格低廉、吸附性能优良的吸附剂已成为研究热点。
1.2研究意义
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