用于染料吸附的甲基纤维素基气凝胶材料的制备及性能-2019年精选文档

用于染料吸附的甲基纤维素基气凝胶材料的制备及性能

Preparation and Adsorption Properties of

Methylcellulose Aerogel Adsorbent for Dyes

： In order to remove dyes from printing and dyeing

effluent ， a novel methylcellulose aerogel adsorbent based

on methylcellulose （MC）and chitosan （CS）were developed.

Discussion was made on the influence of ratio of methylcellulose and chitosan glutaraldehyde ,

concentration of

cross-linking temperature , and

aerogel density on the adsorption capacity and compression strength of aerogel ， with congo red （CR） and methylene blue （MB） as target object. And then the preparation process was optimized , and the results show that the adsorption capacities of aerogel based on methylcellulose for the anionic dyes CR and cationic dyes MB are as high as 518.12 and 237.86 mg/g respectively with the ratio of

MC/CS of 6 : 4, the glutaraldehyde concentration 5%

cross- linking temperature 50 °C, and the aerogel density

, the compression

reach a high of 10 mg/cm3. Besides the major structure after adsorption process.

近年来水污染问题被广泛关注， 水污染物的去除方法成为研 究热点， 其中吸附法是一类经济高效的废水处理方法， 的核心在于开发

性能优异的吸附材料。气凝胶作为一种轻质多 孔、大比表面积的固体材料， 可有效吸附水体中的色素及污染物， 已被广泛用于废水吸附处理、 吸波降噪、 药物和细胞载体等生物 医药领域。在废水处理领域，气凝胶有其独特优势，容易满足污 染物吸附所需的多活性位点和高比表面积， 进而提供高效的吸附 能力，是一类潜力巨大的多功能吸附材料。 纤维素是自然界中储量最大、 分布最广、 可再生且可生物降 解的天然高分子，具有无毒、无污染、易于改性、生物相容性好 等特点。甲基纤维素是天然纤维素链上的羟基被甲基取代制成的 半合成高分子化合物，是一种白色无嗅无味的粉末状或纤维状 物。甲基纤维素在80〜90 C 的热水中迅速分散、溶胀，降温

后迅速溶解， 其水溶液在常温和酸碱环境下都相当稳定， 高温下 可迅速凝胶化， 产物具有良好的保水性和柔韧性， 是一种理想的 凝胶化材料，经冷冻干燥容易获得结构稳定的气凝胶材料。

壳聚糖是甲壳素的脱乙酰基产物， 无毒无害，易于生物降解， 且广泛存在于自然界， 其含量仅次于纤维素。 壳聚糖的分子结构 中含有大量的游离氨基， 对有机分子、 金属离子等具有显著的络 合吸附能力，此外，氨基可以与醛酮发生席夫碱反应，例如戊二 醛可用于交联壳聚糖并促使其凝胶化， 获得结构稳定性良好的三

strength of aerogel is 1.57 kPa , and MC/CS can maintain

这一技术

维多孔材料。

大量的活性位点和高比表面积是优良吸附材料的必备特征， 本文以甲基纤维素为框架材料， 壳聚糖作赋形剂， 利用戊二醛交

联制备一种强度优良的气凝胶材料， 基于其巨大的比表面能， 辅 好的吸附剂材料，有望用于废水过滤和吸附处理等领域。

1 实验方法

1.1 实验材料

厂），亚甲基蓝三水合物（国药集团化学试剂

XX 公司），冰醋

酸（江苏强盛功能化学 XX 公司）。 1.2 MC/CS 复合气凝胶吸附材料的制备

用2wt%的醋酸溶液溶解并配制适当浓度的壳聚糖溶液，将 它与适当浓度的甲基纤维素水溶液混合， 搅拌均匀， 缓慢滴加一 定量的戊二醛溶液，搅拌均匀后的混合溶液置于模具（ 24 孔细 胞培养板）中封口，于 50 C 水浴中静置交联1 h 后，转移至超

低温冷冻冰箱中预冻6 h ，然后在冷冻干燥机中以-55 C 真空条

件下干燥 36 h ，获得甲基纤维素 -壳聚糖复合气凝胶。 MC/CS 复合气凝胶的吸附实验

作为吸附剂的气凝胶材料， 要求其在水中具有良好的结构稳 定性，这是确保其在吸附过程中保持结构形态完整的重要前提。

以甲基纤维素和壳聚糖的离子吸附作用和氢键作用力，

实现了对 阴离子染料刚果红和阳离子染料亚甲基蓝的有效吸附，

是一种良

甲基纤维素（粘度 1 600 cP ？ s ，

阿法埃莎（天津） 化学 XX 公司），壳聚糖（上海麦克林生化科技

XX 公司），戊二醛（25% 水溶液，上海凌峰化学试剂 XX 公司）

，刚果红（中国远航试剂

1.3

因此，本文通过考察不同制备条件下气凝胶的吸附能力和抗压缩强度来确定最优制备条件。

1.3.1 刚果红和亚甲基蓝溶液的标准曲线绘制

分别配制浓度依次为5 、10、15、20、25、30、35、40、45

和50 mg/L 的刚果红水溶液和亚甲基蓝水溶液，利用紫外可见光分光光度计分别在波长为498、664 nm处测定各溶液的吸光度，

绘制出刚果红和亚甲基蓝的标准曲线，用于后续染料吸附量的计算。

1.3.2MC/CS 复合气凝胶对刚果红和亚甲基蓝的吸附

称量并记录甲基纤维素- 壳聚糖复合气凝胶的重量，分别放入100 mL 浓度为500 mg/mL 的刚果红和亚甲基蓝水溶液中，在温度为30 C、转速为150 r/min的恒温水浴锅中振荡12 h。通

过紫外分光光度计测试得到吸附后染料溶液的吸光度值，结合染料的标准曲线，根据以下公式计算其吸附量：

2结果与讨论

2.1 MC/CS 复合气凝胶的结构和性能表征(图

1 、图2)

图1 (a)所示为MC/CS气凝胶的实物图，为独立的块状材料，在水中润湿性能好但不溶于水，可保持完整的结构形态。图

1(b)为MC/CS气凝胶的结构形貌，层状多孔结构使其具备高比

表面积，有利于提高吸附性能。