摘要
随着工农业生产的迅猛发展，重金属及染料污染对土壤、水体、大气乃至生物体造成不可逆性的伤害，是对人类生命威胁最大的水污染之一。吸附法是一种重要的废水污染物分离富集方法，以高效率、低成本、易操作的优点脱颖而出，特别适合于低浓度重金属及有机染料废水的深度处理。吸附剂是吸附法处理重金属染料废水的关键。因此，研究开发出一种吸附性能高、重复利用性好、绿色无毒的吸附剂是十分有意义的。 本文首先以农业生物质壳聚糖为原料，采用微流控、原位沉积和冷冻干燥的方法制备了壳聚糖多孔气凝胶微球。通过改变滴定速度、冷冻温度、冷冻时间以及壳聚糖溶液浓度等，考查了各工艺参数对壳聚糖多孔气凝胶微球的形貌结构、物理化学性能和吸附性能的影响及规律。结果发现，壳聚糖溶液浓度越高，多孔气凝胶微球的孔隙更密集，孔径更小；冷冻时间对壳聚糖多孔气凝胶微球的形貌影响不规律，但200min的冷却时间可以获得孔隙率最大的多孔微球；壳聚糖溶液浓度为3%，在-20℃冷冻时间200min制备的多孔微球对Cr(Ⅵ)的吸附量最大。 由于纯壳聚糖多孔气凝胶微球的机械性能较差、化学性能不够稳定和重复利用率低等缺点，本文在不使用任何化学交联剂的情况下，以壳聚糖和聚乙烯醇为原料，利用微流控、原位沉淀和冷冻干燥的方法，制备了壳聚糖/聚乙烯醇多孔气凝胶微球，表征了壳聚糖/聚乙烯醇多孔气凝胶微球的形貌结构、结晶性能和化学组成，考察了壳聚糖和聚乙烯醇的混合比对壳聚糖/聚乙烯醇多孔气凝胶微球孔隙率、溶胀性、溶解性和抗压性能的影响及规律；考查了重金属溶液初始pH和浓度、吸附时间和吸附温度等影响因素对壳聚糖/聚乙烯醇多孔微球吸附性能的影响，分析了壳聚糖/聚乙烯醇多孔微球对Cr(Ⅵ)的吸附行为及吸附机理，构建了吸附动力学模型并拟合动力学方程和吸附等温方程。结果表明，聚乙烯醇的添加有效提高壳聚糖多孔气凝胶微球的溶解性和抗压性，显著改变了多孔微球的形貌结构，增强了多孔微球的物理化学性能和吸附能力。当壳聚糖和聚乙烯醇添加比例是2∶1时，壳聚糖/聚乙烯醇多孔微球具有最大的孔隙率、良好的抗酸碱性和最大的抗压性能。壳聚糖/聚乙烯醇多孔气凝胶微球对Cr(Ⅵ)的吸附过程可以用拟二级动力学模型描述，吸附等温线符合Freundlich等温线模型。壳聚糖/聚乙烯醇多孔微球进行吸附-脱附循环试验4次后仍然可以保持最初的81.60%的吸附能力，表现出良好的循环使用性能。 本文以农业生物质材料为原料制备的多孔吸附材料，不但可以丰富生物质材料天然多糖基吸附材料的研究内容，而且为绿色环保农业生物质基多孔吸附材料的开发、工业化生产应用提供理论基础和实践依据。
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