半互穿网络结构水凝胶吸附阴离子染料

Experimental
1. Materials
PEG CS Glycidyl methacrylate（GMA）甲基丙烯酸缩水甘油酯 1-vinyl-2-pyrrolidone (NVP) 1-乙烯基-2-吡咯烷酮 4-dimethylaminopyridine (DMAP) 4-二甲基氨基吡啶 2,2-dimethoxy-2-phenyl acetophenone (DMPA) 2,2-二甲氧基2-苯基苯乙酮（光引发剂） Dye Acid Red 18 (AR 18) Acid Orange 7 (AO 7) Methyl Orange (MO) Basic Violet 14(BV 14)
Removal of anionic dyes from aqueous solutions by adsorption of chitosan-based semi-IPN hydrogel composites
Sanping Zhao ∗, Feng Zhou, Liyan Li, Mengjie Cao, Danying Zuo, Hongtao Liu Composites: Part B 43 (2012) 1570–1578
2. Swelling studies
Semi-IPN hydrogel composites在 水溶液和AR18 中溶胀性相似， 随着壳聚糖含 量的增加溶胀 率增加。在水 溶液中溶胀率 高于在AR18中 的溶胀率。这 是由于PH=2时， 酸性红中的 SO3-与壳聚糖 中的NH3+发生 静电作用，从 使溶胀率降低。 Fig. 3.The swelling kinetic curves of the semi-IPN hydrogels in aqueous solution and AR 18 solution (pH, 2.0; temperature, 25oC).
Conclusions
半互穿聚合物网络水凝胶是通过聚乙二醇大分子与AAM单体 共聚制备的，然后将CS嵌入到亲水性聚合物凝胶网络结构中。溶 胀测试结果表明，在PH=2时，水溶液中的溶胀率高于AR18溶液中 的溶胀率，溶胀动力学符合二阶动力学模型。水凝胶吸附AR18的 研究表明，随着CS的含量和染料初始浓度的增加，吸附能力增加， 但是随着PH和染料离子强度的增加，吸附能力减少。与阳离子型 BV14相比，水凝胶吸附阴离子型染料能力较高，阴离子染料如AR 18 ,AO 7 ,MO，吸附能力顺序是AR18 > AO 7 > MO。水凝胶对三 种阴离子染料的吸附能较好地拟合Langmuir方程。吸附过程的主要 原因是阴离子染料分子和壳聚糖中的NH3+静电吸引作用。
3.4. Effect of ionic strength
由图知随着染料 溶液离子强度的 增加，吸附能力 和初始吸附率减 少。这是由于离 子强度增加，氯 离子吸附水凝胶 中CS的正电位点， 导致静电吸附 AR18的总量和吸 附率降低。
Fig. 10.The effect of ionic strength of AR 18 solutions on adsorption of hydrogel PA-5 (pH, 2.0; temperature, 250C)
(3)
the maximum water uptake
the water uptake at time t
Experimental
4. Adsorption studies
(4)
(5)
(6)
Experimental
5. Equilibrium adsorption isotherm
(7)
(8)
(9) (10)
Fig. 8.The effect of AR 18 initial concentration on the equilibrium adsorption of hydrogel PA-5 (pH, 2.0; temperature, 250C).
Fig. 9.Photographs of AR 18 solution and dried gel samples before adsorption (A) and after adsorption for hydrogel PA-5 (B) and for hydrogel PA-0 (C) (AR 18 concentration, 30 mg L 1; pH, 2.0; temperature, 250C)
qm is the maximum monolayer adsorption capacity b is the Langmuir constant RL is the dimensionless separation factor KF is the Freundlich constants
Results and discussion
Fig. 4.Experimental data of water content W and time t in aqueous solution and AR 18 solution: plotted according to Eq.(2) (first-order kinetics) (a) and Eq. (3) (second-order kinetics) (b) for the hydrogel PA-1.5, PA-3 and PA-5.
由一阶动力学和二阶动力学作图可以看出，在PH值较低时半互 穿聚合物网络水凝胶的溶胀率是由壳聚糖的含量决定。
3. Adsorption of AR 18
3.1. Effect of chitosan content
当壳聚糖被引入到 水凝胶时，随着 CS含量的增加， 吸附能力和吸附 AR18的速率也大 幅增加。吸附平衡 时间都大约是24h。 这是由于CS中氨 基离子化的结果。 PA-0吸附能力非常 低，表明在PH=2 时，CS部分对 AR18的吸附起主 要作用。 Fig. 5.Time profiles for AR 18 adsorption by different hydrogels (pH, 2.0; temperature, 25oC).
Fig. 11.Time profiles of adsorption for different dyes by hydrogel PA-5 (pH, 2.0; temperature, 250C)
4. Adsorption isotherm
Fig. 12.The Langmuir isotherm model (a) and Freundlich isotherm model (b) for AR18, AO 7 and MO by the hydrogel PA-5 (pH, 2.0; temperature, 250C)
Fig. 6.Adsorption kinetics of AR 18 by different hydrogels according to pseudo first-order model (a) and pseudo second-order model (b).
3.2. Effect of the pH of dye solution
PH在2-7之间， 染料去除率急剧 下降，而PH在710之间吸附能力 非常低。这可能 是由于壳聚糖中 氨基的离子化作 用。
Fig. 7.The effect of pH values on equilibrium adsorption of AR 18 by hydrogel PA-5 at 250C.
3.3. Effect of the initial dye concentration
当用PA- 5样品时,随着 染料溶液的初始浓度的 增加，吸附能力显著增 加，并且达到最大吸附 平衡时染料浓度增大到 300mg/L。这是由于初 始染料浓度较高，浓度 梯度的驱动力增加和高 度溶胀的水凝胶网络为 染料分子提供扩散路径 使之进入水凝胶与CS 链反应。
Introduction
壳聚糖是一种从甲壳素衍生出来的含量丰富的天然亲水性阳离子多 糖。 多糖类的半IPN水凝胶由于它们的无毒性和生物降解性以及生物相 容性，已被广泛地应用于生物医学领域中。 半IPN水凝胶的制备是通过将壳聚糖导入到聚乙二醇大分子单体和 AAM单体共聚的亲水性网络中，研究它作为吸附剂用于去除水溶液 中的阴离子染料。
Experimental
2. Synthesis of PEG macromer and the semi-IPN hydrogel composites
聚乙二醇大分子单体的合成是用DMAP作催化剂，通过PEG的末 端羟基和GMA的环氧基团发生开环反应而合成的。 半IPN水凝胶是通过紫外线引发自由基聚合制备的 .合成semiIPN水凝胶的原料组成如下。
1. Synthesis of PEG macromer and the semi-IPN hydrห้องสมุดไป่ตู้gel composite
Fig. 1 presents the H NMR spectrum of the macromer
宽吸收峰3200-3500 CS和PAAm中—N —H 吸收峰1500-1600 半互穿网络聚合物的酰胺基结构 吸收峰1100 PEG链段是—C—O—C—
Abstract
在壳聚糖存在下，PEG大分子和AAm单体通过光聚反应生成半互 穿聚合物网络水凝胶。 本论文在水溶液和酸性红18溶液中研究水凝胶的溶胀性质和动力 学性质。吸收研究表明，吸收AR18的能力随着初始染料浓度和水凝 胶中的壳聚糖含量的增加而增加，但是随着溶液PH和染料溶液中离子 强度的增加而减少。PH=2.0时，吸收AR18的动力学符合伪二阶动力 学模型。AR18，AO7和MO的吸附平衡符合langmuir吸附等温线。在 污水处理过程中，水凝胶可用于除去阴离子染料。
3.5. Adsorption of different dyes
AO7和MO是阴离 子染料，BV14是 阳离子染料。水 凝胶壳聚糖中 NH3+带正电与阴 离子染料发生静 电吸附，与阳离 子染料发生静电 斥力。 阳离子染料仍能 发生吸附可能是 发生了其他吸附 如物理吸附和水 凝胶与染料分子 之间有氢键作用。
Experimental
3. Swelling studies in aqueous solution and AR 18 solution at pH 2.0
Ws Wd SR(%) 100 Wd
(1)
W ln k1t W W
t 1 t 2 W k2W W
W
W

(2)