聚吡咯及其复合纳米材料的可控制备和对六价铬吸附性质研究

【摘要】随着世界工业化脚步的加快，人类在享受现代文明的同时，正遭受着由此带来的恶性后果——环境污染，其中水污染对人类生活的影响巨大。人们不仅看不到青山秀水，尝不到泉水甘甜，而且受到污染水对身体健康的威胁。这篇论文主要是针对水体中的铬污染进行研究，我们以纳米技术为切入点，通过制备具有纳米结构的吸附剂来达到移除水体中六价铬的目的。聚吡咯被证实对Cr(VI)离子具有很好的移除能力，我们以聚吡咯为基体，通过构筑不同的纳米结构以及调控组份来实现增大吸附容量的效果。本论文中，我们将静电纺丝技术、高温煅烧技术、气相聚合、液相聚合等技术相结合，制备了不同结构的聚吡咯及其复合纳米材料，这些材料对Cr(VI)离子都有较好的吸附效果。我们还研究了溶液初始浓度对吸附性能的影响，以及吸附过程的动力学，并对实验数据进行了Langmuir模型拟合。具体成果如下：1.我们结合静电纺丝法和煅烧方法制备了具有串珠状结构的V2O5纳米纤维，然后以所得到的V2O5纳米纤维为模板和氧化剂，通过气相聚合的方法成功地制备了竹节状聚吡咯纳米管。所制备的竹节状聚吡咯纳米管在Cr(VI)离子吸附方面具有较高的吸附容量，远远高于传统方法制备的聚吡咯纳米粒子，两者的平衡吸附容量分别是8.324和3.763mmol/g（1.44mmol/L，室温）。竹节状聚吡咯纳米管对Cr(VI)离子吸附过程符合准二级动力学方程，随着浓度从0.62mmol/L增长到1.95mmol/L，准二级吸附速率常数从0.0202下降到0.0025g/mmol/min。最后用Langmuir模型对吸附数据进行拟合，通过计算得出竹节状PPy纳米管对Cr(VI)离子的最大吸附容量为9.281mmol/g。2.我们利用牺牲模板和氧化聚合的方法制备了PPy/GO复合物纳米片，利用GO表面的MnO2纳米片作为生长聚吡咯的牺牲模板，同时还是聚合过程中的氧化剂。我们首先以GO为载体在其表面制备了花状结构的MnO2，然后吡咯在MnO2的表面发生聚合同时消耗掉MnO2，这样聚合反应一直持续到MnO2被消耗殆尽。最终，在GO上得到的PPy具有类似之前MnO2的纳米花状结构。这种方法可以使得制备纳米结构的聚吡咯更加简单，这是因为传统的方法往往在聚合之后移除模板，而这个过程是十分复杂和繁琐的。我们制备的PPy/GO纳米复合物因组分间的协同效应在对Cr(VI)离子吸附上表现出增强性质。PPy/GO纳米复合物对Cr(VI)离子的吸附很好地符合准二级动力学方程，其吸附容量是传统PPy纳米粒子的2倍左右。最后用Langmuir模型对吸附数据进行拟合，通过计算得出最大吸附容量为9.56mmol/g。3.我们通过在GO/PPy中引入磁性Fe3O4粒子，成功地制备了具有磁性的吸附剂。这种三元复合物在水溶液中不仅显示出了对Cr(VI)离子高的吸附容量，而且在外磁场下还表现出高的磁感应性质。我们研究了Cr(VI)离子的不同初始浓度对吸附剂吸附性能的影响，以及吸附的动力学实验。实验结果表明，随着Cr(VI)离子初始浓度的增长，吸附平衡所需的时间变长。另一方面，吸附过程很好的和准二级模型拟合。我们还对实验数据进行了Langmuir模型拟合，结果显示吸附剂对Cr(VI)离子的平衡吸附容量很好的符合了Langmuir模型，并计算出其最大吸附容量为4.72mmol/g。因此，我们有理由相信所制备的GO/Fe3O4/PPy纳米复合物可以用做Cr(VI)离子处理的磁性可再生吸附剂。
【作者】力尚昆；
【导师】卢晓峰；
【作者基本信息】吉林大学，高分子化学与物理，2014，硕士
【关键词】聚吡咯；纳米材料；纳米复合材料；吸附；Cr(VI)离子；

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