论文总字数：16442字

目 录

1.引言 5

1.1 合成染料 5

1.2 孔雀石绿（MG） 5

1.3 苯酚和萘 6

1.4 可降解泡沫 6

1.5 泡沫材料 7

1.5.1 金属泡沫材料 7

1.5.2 泡沫陶瓷材料 7

1.5.3 聚苯乙烯泡沫材料 8

2.实验内容 10

2.1 实验材料 10

2.2 实验仪器 10

2.3 表征 10

2.4 吸附能力 10

2.5 CTFF、CSFF和CEFF的制备 10

2.6 吸附动力学研究 10

2.7 芳香族化合物的吸附 11

3.结果与讨论 11

3.1 元素分析 11

3.2 表征分析 11

3.3 初步吸附研究 12

3.3.1 初始浓度的影响 12

3.3.2 pH值的影响 13

3.3.3 温度的影响 13

3.3.4 反应时间的影响 14

3.4 等温吸附研究 14

3.5 萘和联苯的吸附研究 16

4.结论 17

参考文献： 18

致谢 21

天然纳米纤丝冻干泡沫对孔雀石绿吸附行为的研究

肖沐野

，China

Abstract：

Three kinds of nano-fibril materials (Chitin nano-fibril freeze-dried foam (CTFF), Chitosan nano-fibril freeze-dried foam (CSFF) and Cellulose nano-fibril freeze-dried foam (CEFF)) were well prepared and used as the adsorbents to remove naphthalene, biphenyl, and malachite green(MG) from aqueous solution. The structures and components of the three nano-fibril materials adsorbents were characterized by field emission scanning electron (FESEM). The equilibrium sorption of naphthalene, biphenyl onto nano-fibril adsorbent was analysised meanwhile the sorption of malachite green was further studied to ascertain its adsorption mechanism regarding various parameters such as pH, temperature, times and initial MG concentration. The adsorption capacity of CTFF, CEFF and CSFF for MG was 12.40 mg/g, 34.32 mg/g and 44.88 mg/g, respectively. Equilibrium adsorption isotherms of MG indicated that the adsorption behavior onto CTFF and CSFF fit Langmuir model meanwhile the adsorption behavior onto CEFF fits Freundlich model better. The optimum temperature was found to be 10^oC for all the adsorbents and the adsorption of malachite green onto CTFF and CSFF was found to be exothermic.

Key words: nano-fibril materials; foam; natural polymer; adsorption

1.引言

1.1 合成染料

合成染料也叫人造染料，多数是从煤焦油中分馏，经化工工艺加工而成。比较起天然染料，合成染料具备着色彩鲜明、耐水洗、耐曝晒和可量产等优势，现已作为主要染料投入使用。目前，合成染料被广泛应用于诸多高新技术领域，比如在纺织行业的各个分支，在制革业，造纸业，食品科技，农业，在光电化学电池行业以及染发行业等[1]。此外，合成染料具有污水控制和废水处理的功效。合成染料有着相当大的结构多样性，在工业规模下最频繁使用的染料的化学类别有：偶氮，蒽醌，硫，靛族，三苯，酞菁衍生物。但是，必须强调的是，当前在工业中使用的合成染料绝大多数是偶氮衍生物。

目前世界上染料的具体产量是不得而知的，每年在一万吨左右[2,3]。人们也无法提供在环境中排出的染料总量的准确数据。现在人们大规模生产并应用合成染料，可能造成相当严重的环境污染[4,5]，同时也会威胁生命健康。因此人们在生产生活中越来越重视环保理念，来推动环境友好型技术的发展，向环境中排放大量合成染料的行径引起了公众的关注[6]。对于环保学家来，制定一系列的法律条文来减少淡水的消耗并控制废水的排放将会是一个严峻的挑战。因其在商业领域的重要性，人们正在广泛地研究被排放到环境中的合成染料的毒性和影响。台盼蓝染料可以通过人体皮肤上的细菌形成致癌胺，偶氮苯染料也可形成抗真菌活性。随着数千种合成染料投入使用，它们都渐渐展现出各式各样的生物活性。目前这些染料在使用中对环境和健康的危害还未被完全探索清楚。

1.2 孔雀石绿（MG）

MG是人工合成的有机化合物，是一种绿色且有着金属光泽的晶体，易溶于水（并且很难从水中去除），也可溶于甲醇、乙醇和戊醇，其水溶液呈蓝绿色。它是一种二氨基三苯甲烷型染料，被广泛用于渔业和染料行业^[7,8]。也被用作治疗药物（杀菌剂，杀外生性寄生虫药）和防腐剂，但只对伤口和溃疡外部起作用。然而，它的口服方式对生物体是有害的^[9]，因为其含有的致癌因子会使其具有潜在的致癌、致畸、致突变的作用。研究表明，MG具有很高的毒副作用，只要对养殖动物使用，便会在其体内终身残留^[10]。它能够引起动物的肝脏、肾脏、心脏、脾、肺、眼睛、皮肤等脏器和组织中毒^[11]。鉴于MG的强危害性，诸多国家都将其列为渔业养殖的禁用药剂^[12]。

1.3苯酚和萘

苯酚是一种有着特殊气味的无色针状晶体，是酚类有机物中结构最简单的一种，常被用作生产某些药物药剂的重要原料。萘是一种同样有着独特气味的白色晶状有机化合物，是合成邻苯二甲酸酐的主要原料。苯酚和萘的共同点是都具有毒性，可损坏人体中枢神经，同时也会造成肝肾功能衰竭，长期潜伏于人体内会致癌^[13]。诸多国家已禁止使用苯酚和萘制造直接接触人体皮肤的一系列产品。

当前去除这些污染物的方法有凝聚共沉法、电解沉积法、离子交换法、吸附法和萃取法 ，其中最有效的为吸附法。寻找一种绿色无污染、成本低廉、高效的吸附剂是当前的研究热门^[14]。因此，本项工作挑选了三种天然易得的高分子材料：甲壳素、壳聚糖和纤维素。甲壳素是从甲壳动物外壳中提取的白色无味的高分子化合物^[17-21]；壳聚糖是一种几丁质经脱乙酰反应制得的白色半透明有机高分子化合物^[21-23]；纤维素则是由葡萄糖分子组成的一种不易溶于水的大分子多糖^[24]。

1.4可降解泡沫

在过去的几十年中，人们通过不断地努力来管理合成高分子聚合物废弃物的问题。随着发现以天然纤维素和蛋白质为基质的材料是可生物降解的，加之人们对环保问题的愈发重视，用天然产物来取代石油衍生材料的重要性就变得显而易见了。基于可再生资源的生物聚合物的最好例子是聚乳酸（PLA）、纤维素塑料、淀粉塑料和大豆塑料。起初，人们主要意图是在包装行业中使用生物聚合物，农业和其他产业却很少使用。性能限制和高昂的成本是人们接受用生物聚合物来取代传统不可降解聚合物的主要障碍。考虑到在包装领域中使用的大多数泡沫塑料无法被生物降解和丢弃它们所占据的巨大空间，人们越来越迫切地想要开发出新的生物泡沫。然而，上面提到的典型的生物聚合物很少用于制造泡沫塑料，可能是由于它们较高的成本和加工困难的原因。一些研究人员开始着手研制淀粉泡沫和天然纤维素泡沫等复合材料，从而用作快餐行业包装的容器。事实上，主要由甘油三酯分子组成的植物油是制造泡沫塑料的理想替代材料，因为它们是可再生的并且易加工，能表现出较高的性能，比石油泡沫更低的成本，同时也可被生物降解。多种植物油已被成功地作为多元醇用于制备聚氨酯（PU）泡沫塑料。Javni等人研制出用从环氧大豆油中提取多元醇的方法来制备硬质聚氨酯泡沫塑料^[25]。 Bhattacharya等人以改良大豆为基础生产多元醇制备出弹性聚氨酯泡沫^[26]。Narine等人从籽油中制备出多元醇和聚氨酯泡沫^[27]。这些形式的泡沫材料的生物降解性仍是一个悬而未决的问题。据报道，在植物油基聚氨酯中，只有少量的碳（0-7.5%）可通过生物降解过程被转化成二氧化碳。除了缩聚聚合方式之外，甘油三酯也可以通过自由基聚合反应来聚合。在这种方式下，人们可以很方便地对植物油稀释剂的比例进行调节。蓖麻油是一种被广泛应用于加工工业化学品的传统可再生原料，如油漆、涂料、油墨、润滑剂等。它来自植物中，主要由蓖麻油酸酯组成。羟基和双键的存在使得它适用于许多反应和自身改良。首先，蓖麻油在没有任何催化剂帮助的条件下通过与马来酐的反应被转化成马来酸酯（即马来酸化蓖麻油，MACO）。随后，MACO与活性稀释剂（苯乙烯）发生共聚反应，再使用传统的发泡技术固化形成泡沫塑料。此外，此种形态泡沫塑料生物降解性是通过土埋实验研究出来的。可以相信的是，现在的研究工作将会发现一个简单且经济有效的途径来用高含量的蓖麻油制造生物可降解泡沫。

1.5泡沫材料

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