壳聚糖/累托石纳米插层材料吸附难降解有机污染物性能与机制

新合成三种阳离子壳聚糖衍生物的插层剂（壳聚糖单季铵盐、羧甲基壳聚糖季铵盐、壳聚糖双季铵盐），采用溶液插层法实现其与湖北特有矿产资源累托石在纳米尺度上的复合，应用FTIR、XRD、NMR、TEM和SEM检测纳米复合材料的形成，表征其结构和形态。确定层间域电荷以及层间距的变化，分析壳聚糖与层状硅酸盐之间的相互作用。以合成染料为对象研究壳聚糖/累托石纳米插层材料对难降解有机污染物的吸附性能，考察介质环境，如pH、温度、共存离子等对吸附性能的影响，探讨插层剂分子量、脱乙酰度、季铵化取代度等结构因子与复合材料的结构及吸附性能的相关性，探索提高吸附性能的有效途径。系统研究不同类型合成染料在壳聚糖/累托石纳米复合物上吸附的动力学行为和热力学行为，建立热力学模型，研究其吸附机制。

采用溶液插层法实现了壳聚糖及其衍生物与湖北特有矿产资源累托石在纳米尺度上的复合，应用FTIR、XRD、NMR、TEM和SEM表征了其结构和形态。经壳聚糖插层后，累托石的层间距由2.53 nm提高到3.01 nm。壳聚糖分子量对复合材料层间距具有明显影响，随着分子量降低，层间距增大。采用有机阳离子对累托石改性，使累托石晶层表面张力降低，由亲水性变为疏水性，有利于壳聚糖插入累托石层间，壳聚糖/有机累托石的层间距达到3.54 nm。壳聚糖季铵盐的季铵阳离子电荷密度比壳聚糖的大，因此更易与累托石层间阳离子进行离子交换而进入到累托石片层间，壳聚糖季铵盐/累托石的层间距提高到4.13 nm。研究表明复合材料中壳聚糖与累托石之间存在静电和氢键作用。以6种合成染料为对象研究了壳聚糖/累托石纳米插层材料对难降解有机污染物的吸附性能，介质环境，如pH、温度等对吸附性能有明显影响，对刚果红的饱和吸附容量为68mg/g，分子量降低虽然提高了复合材料的层间距，但吸附容量有所下降，主要是由于壳聚糖溶解能力增强。壳聚糖/有机累托石的饱和吸附容量为73mg/g，壳聚糖季铵盐/累托石吸附容量为135 mg/g，表现出更好的吸附性能。吸附机理分析表明该吸附过程为自发进行的放热过程，染料是以单层吸附的方式吸附到吸附剂表面，化学吸附是控制吸附过程的速率决定步骤。