高分子復(fù)合物制備及吸附性能測(cè)試

摘 要：為了有效減少工業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)出物對(duì)水環(huán)境的污染，本文提出了一種基于高分子復(fù)合物的去污方法，并對(duì)相關(guān)物質(zhì)進(jìn)行制備。在這種方法中，運(yùn)用聚乙烯亞胺改性物質(zhì)，改良聚殼糖高分子復(fù)合物的耐酸性，并提高其對(duì)水中污染物六價(jià)鉻陰離子的吸附能力。測(cè)試試驗(yàn)結(jié)果顯示，使用聚殼糖的高分子復(fù)合物，大大減少了污染水中的六價(jià)鉻陰離子，因此本文研制的改性聚殼糖對(duì)水污染治理具有重要的實(shí)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：高分子復(fù)合物；聚殼糖；吸附性能

中圖分類號(hào)：X 52" " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

高分子復(fù)合物技術(shù)是材料與化工科學(xué)重要的研究方向。可以通過(guò)不同種類的物質(zhì)制備高分子復(fù)合物，其具有多種良好的性能，這項(xiàng)技術(shù)在很多領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用[1]。在生態(tài)環(huán)境保護(hù)方面，高分子復(fù)合物是可以去除污染的重要工具。隨著現(xiàn)代化工業(yè)體系的飛速發(fā)展，每天都會(huì)產(chǎn)生很多污染物，給生態(tài)環(huán)境造成巨大破壞。其中，污染物對(duì)水環(huán)境的影響最嚴(yán)重[2]。對(duì)水源或供水系統(tǒng)而言，污染物表現(xiàn)為離子級(jí)別的污染。陽(yáng)離子污染目前已經(jīng)得到了有效治理，但陰離子污染的治理手段還比較匱乏。高分子聚合物具有較強(qiáng)的吸附能力，對(duì)陰離子的污染物吸附也具有較強(qiáng)的針對(duì)性，因此它是水環(huán)境污染的有效治理手段[3]。從制備原料上看，高分子復(fù)合物的種類很多，包括基于聚殼糖的高分子復(fù)合物，基于木質(zhì)素的高分子復(fù)合物，基于纖維素的高分子復(fù)合物等。本文以聚殼糖高分子復(fù)合物為研究對(duì)象，對(duì)其制備過(guò)程和吸附能力進(jìn)行研究。

1 高分子復(fù)合物制備過(guò)程分析

本文以聚殼糖為高分子復(fù)合物的基本制備材料，利用其吸附作用對(duì)水中的陰離子污染物進(jìn)行治理。去污對(duì)象主要是六價(jià)鉻離子。六價(jià)鉻離子對(duì)人體有嚴(yán)重的危害，而作為電鍍刨光、紡織印染的工業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)出物和排放物，六價(jià)鉻離子廣泛存在于包括飲用水源在內(nèi)的水環(huán)境中。聚殼糖的活性可以對(duì)六價(jià)鉻離子產(chǎn)生吸附作用，具有針對(duì)性較強(qiáng)的去污能力。但是，聚殼糖本身耐酸性較差，直接置入水中會(huì)受到pH影響，從而喪失吸附能力。

聚殼糖本身雖然不能直接作為吸附劑使用，但可以通過(guò)改性處理提高其耐酸性。聚乙烯亞胺是可以提高聚殼糖耐酸性的有效改性劑。因此，通過(guò)聚乙烯亞胺（PEI）的改性處理，制備基于聚殼糖的高分子聚合物（CP），具體制備流程如下。

制備過(guò)程采用的是油水交聯(lián)法。第一步，制備水相混合液。將基本材料聚殼糖和改性劑聚乙烯亞胺，按照設(shè)定的比例投放到乙酸溶液中，乙酸溶液的濃度為15%，體積取15mL。第二步，制備油相混合液。按照15∶1的比例取液體石蠟和司班，配置成油相混合液，體積取250mL。第三步，將水相混合液均勻注入油相混合液，并通過(guò)電動(dòng)攪拌機(jī)使其均勻乳化1h。第四步，注入50%的戊二醛溶液，使白色乳液逐漸變?yōu)樽厣橐骸５谖宀剑x心處理和洗滌處理。對(duì)產(chǎn)出物進(jìn)行干燥處理，干燥選擇特定干燥箱，環(huán)境溫度設(shè)置為80℃，干燥時(shí)間設(shè)定為12h，最終得到基于聚殼糖的高分子聚合物。上述制備過(guò)程的具體流程，如圖1所示。

2 高分子復(fù)合物吸附性能測(cè)試

本文研制的基于聚殼糖的高分子聚合物，主要目標(biāo)是對(duì)水環(huán)境中的六價(jià)鉻進(jìn)行吸附處理。因此，在高分子復(fù)合物制備成功后，對(duì)其吸附性能進(jìn)行測(cè)試。

在測(cè)試過(guò)程中，對(duì)pH為3的水環(huán)境進(jìn)行六價(jià)鉻吸附，水中六價(jià)鉻的含量為50mg/L，這里的高分子復(fù)合物用量為20mg。為了形成吸附作用的定量評(píng)價(jià)，這里采用4個(gè)量化公式。其中，計(jì)算高分子復(fù)合物的當(dāng)前吸附容量，如公式（1）所示。

qt=（C0-Ct）Vm-1" " " " " " " " " " " " " " " （1）

式中：qt為一定條件下的基于聚殼糖的高分子聚合物的當(dāng)前吸附容量；V為基于聚殼糖的高分子聚合物的吸附劑的體積；m為基于聚殼糖的高分子聚合物的吸附劑的質(zhì)量；C0為帶有六價(jià)鉻污染物的水溶液的初始濃度；Ct為帶有六價(jià)鉻污染物的水溶液經(jīng)過(guò)高分子復(fù)合物吸附處理后的當(dāng)前濃度。

計(jì)算高分子復(fù)合物的最終吸附容量，如公式（2）所示。

qe=（C0-Ce）Vm-1" " " " " " " " " " " " " " " （2）

式中：qe為一定條件下的基于聚殼糖的高分子聚合物的最終吸附容量；Ce為帶有六價(jià)鉻污染物的水溶液經(jīng)過(guò)高分子復(fù)合物吸附處理后的最終濃度。

計(jì)算帶有六價(jià)鉻污染物的水溶液的當(dāng)前去除濃度，如公式（3）所示。

Rt=（C0-Ct）/C0" " " " " " " " " " " " " " " （3）

式中：Rt為經(jīng)過(guò)高分子復(fù)合物吸附處理后的帶有六價(jià)鉻污染物的水溶液的當(dāng)前去除濃度；Ct為帶有六價(jià)鉻污染物的水溶液經(jīng)過(guò)高分子復(fù)合物吸附處理后的當(dāng)前濃度。

計(jì)算帶有六價(jià)鉻污染物的水溶液的最終去除濃度，如公式（4）所示。

Re=（C0-Ce）/C0" " " " " " " " " " " " " " " "（4）

式中：Re為經(jīng)過(guò)高分子復(fù)合物吸附處理后的帶有六價(jià)鉻污染物的水溶液的最終去除濃度。

在上述量化評(píng)價(jià)指標(biāo)的基礎(chǔ)上，觀察不同的高分子復(fù)合物吸附劑的濃度對(duì)含有六價(jià)鉻污染物的去除效果。在高分子復(fù)合物去污能力的評(píng)價(jià)方面，一般考察兩個(gè)指標(biāo)。第一個(gè)指標(biāo)是高分子復(fù)合物對(duì)污染物的吸附總量；第二個(gè)指標(biāo)是污染物的去除量占全部污染物的去除比例。綜合上述兩項(xiàng)指標(biāo)，本文研制的高分子復(fù)合物對(duì)六價(jià)鉻污染物的去除效果，如圖2所示。

從圖2中可以看出，隨著高分子復(fù)合物吸附劑的濃度不斷升高，污染物的被吸附總量也不斷增加，趨勢(shì)上呈現(xiàn)先快速增加，后緩慢增加，最終基本飽和、維持相對(duì)穩(wěn)定的趨勢(shì)。這也表明，當(dāng)高分子復(fù)合物吸附劑的濃度達(dá)到一定程度后，污染物的被吸附總量就不會(huì)再有明顯增加。因此，將高分子復(fù)合物吸附劑的濃度設(shè)置到一個(gè)合適的比例即可。從另一個(gè)指標(biāo)的變化曲線看，隨著高分子復(fù)合物吸附劑的濃度不斷升高，污染物的去除比例不斷下降，下降趨勢(shì)接近線性變化的比例。

進(jìn)一步考察含有六價(jià)鉻污染物水溶液的酸堿度對(duì)高分子復(fù)合物吸附能力的影響。為了便于和本文制備的高分子復(fù)合物進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)選擇制備過(guò)程中的本質(zhì)材料作為對(duì)比，兩種物質(zhì)在不同酸堿度情況下，六價(jià)鉻污染物的去除率對(duì)比如圖3所示。

從高分子復(fù)合物和本質(zhì)材料的對(duì)比柱狀圖可以看出，隨著含有六價(jià)鉻污染物水溶液的酸堿度不斷變化，兩種吸附劑對(duì)污染物的去除率都呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢(shì)。本文制備的高分子復(fù)合物在同樣的酸堿度情況下，去除六價(jià)鉻的能力明顯更強(qiáng)。綜合上述兩組試驗(yàn)結(jié)果，經(jīng)過(guò)制備的高分子復(fù)合物其吸附能力、去污能力，都要明顯高于聚殼糖本質(zhì)材料。

3 高分子復(fù)合物的掃描電鏡和紅外光譜分析

在明確了基于聚殼糖的高分子復(fù)合物的吸附性能后，通過(guò)掃描電鏡和紅外光譜對(duì)其進(jìn)行分析，其中掃描電鏡的分析圖如圖4所示。

圖4（a）為聚殼糖本質(zhì)材料的掃描電鏡結(jié)果，圖4（b）為基于聚殼糖的高分子復(fù)合物的掃描電鏡結(jié)果。從兩幅掃描電鏡的結(jié)果可以看出，聚殼糖本質(zhì)材料和高分子復(fù)合物都具有完美的球狀形態(tài)，有利于起到吸附作用。基于聚殼糖的高分子復(fù)合物的球狀形態(tài)直徑略小。

進(jìn)一步觀察高分子復(fù)合物的紅外光譜分析，為了便于對(duì)比聚合前后、不同物質(zhì)成分聚合物的光譜特性，分別選擇聚殼糖本質(zhì)材料的紅外光譜變化曲線、基于木質(zhì)素的高分子復(fù)合物的紅外光譜變化曲線、基于聚殼糖的高分子復(fù)合物的紅外光譜變化曲線進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果如圖5所示。

從圖5中可以看出，3種物質(zhì)的紅外光譜曲線都存在兩組寬峰，證明它們具有良好的吸附能力，可以在寬峰處對(duì)污染物進(jìn)行有針對(duì)性的吸附處理，即對(duì)六價(jià)鉻污染物的吸附作用較好。這組試驗(yàn)也證實(shí)了木質(zhì)素高分子復(fù)合物也是一種吸附能力較強(qiáng)的物質(zhì)。

4 結(jié)論

生態(tài)環(huán)境污染對(duì)人類的生存環(huán)境具有極大威脅，需要通過(guò)有效的治理方法來(lái)加以改善。而現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的排放物，會(huì)在很大程度上污染飲水水源，使人類賴以生存的水環(huán)境受到污染，其中六價(jià)鉻是最常見的污染物。為了對(duì)六價(jià)鉻陰離子進(jìn)行有效吸附，本文提出了一種基于聚殼糖的高分子復(fù)合物的制備過(guò)程，通過(guò)聚乙烯亞胺改變其耐酸性差的特點(diǎn)，最大限度地提高其對(duì)六價(jià)鉻的吸附能力。試驗(yàn)結(jié)果顯示，基于聚殼糖的高分子復(fù)合物的濃度越高，對(duì)六價(jià)鉻的吸附能力越強(qiáng)，可以得到更好的去污效果。在此基礎(chǔ)上，本文進(jìn)一步提出了高分子復(fù)合物的掃描電鏡分析結(jié)果和紅外光譜變化的分析結(jié)果。

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