高效球形纤维素/粘土复合吸附剂的清洁制备及机理研究

大量工业废水和生活污水未经处理直接排放，使水污染问题日益严重，因此可用于污水处理的新型高效吸附剂的研究受到越来越多的重视。本项目拟以天然植物纤维素与天然粘土为原料，采用原子转移自由基聚合(ATRP)法在离子液体中实现均相接枝共聚与聚合插层同时进行，制备结构可控、具有插层结构的纤维素接枝共聚物/粘土复合材料; 采用反相悬浮法制得球形高效纤维素/粘土复合吸附剂。通过调整纤维素加入量、单体种类及浓度、粘土加入量，获得具有不同官能团、插层结构、珠体尺寸、吸附性能的球形纤维素/粘土复合吸附剂，并提出其制备机理。通过对这种复合吸附剂的结构与性能(吸附金属离子、有机物，耐酸碱性)的研究，找出聚合物/无机复合吸附剂对于金属离子和有机污染物的吸附性能与其结构的内在联系及协同效应。建立不同组成吸附剂吸附模型，探索其吸附机理。为开发具有多吸附功能的高效清洁吸附材料提供科学依据与应用基础。

大量工业废水和生活污水未经处理直接排放，使水污染问题日益严重，因此可用于污水处理的新型高效吸附剂的研究受到越来越多的重视。纤维素是自然界最为丰富的天然高分子，通过接枝不但改性可引入功能性的聚合物侧链，提高其吸附性能，还可以保持其绿色、可降解等特性。本项目以纤维素、纤维素衍生物与天然粘土为原料，通过在纤维素上接枝不同种类单体进行改性，以及均相纤维素接枝共聚与聚合插层同时进行，制备了结构可控、具有插层结构的纤维素共聚物/粘土复合吸附材料。研究了接枝单体种类及浓度、接枝共聚条件对纤维素接枝共聚物接枝效率及其吸附性能的影响，并在此基础上采用反相悬浮法制得球形复合吸附剂，探明了吸附剂形貌对吸附性能的影响。对不同组分、不同结构复合吸附剂的合成及对于金属离子和有机污染物的吸附性能进行了系统研究。具体工作如下：.1、纤维素接枝双功能单体聚合物的合成及吸附性能研究。通过均相自由基聚合法合成了两种可以同时吸附有机物和金属离子的双功能单体纤维素接枝共聚物，实现了对2,4-DCP、Cu2+、 Pb2+，Cd2+等离子的同时吸附。两种功能单体同时与纤维素接枝聚合，不但提高了共聚物的接枝效率，对其吸附性能也起到了协同增效作用。通过对接枝共聚物合成及吸附性能的系统研究，确定了聚合物合成和吸附的最佳条件，确定了吸附模型。.2、采用ATRP法制备三种结构可控纤维素基吸附剂。系统研究了不同单体在离子液体中活性可控聚合过程，确定了纤维素接枝共聚物的聚合条件。研究了接枝共聚物侧链结构与其吸附2,4-DCP、亚甲基蓝等物质的相关性。确定了聚合物合成和吸附的最佳条件，确定了吸附模型。.3、纤维素基聚合物/蒙脱土复合材料的合成及性能研究。制备了三种纤维素基聚合物/蒙脱土复合吸附剂。通过均相接枝共聚与聚合插层相结合，实现了纤维素接枝共聚物与MMT插层复合。比较了不同聚合方法对合成纤维素接枝聚合物/MMT复合材料结构的影响。与MMT的插层复合，可明显提高吸附剂的吸附性能，但吸附容量随MMT在复合材料中插层、剥离效果变化而变。.4、研究了吸附剂形貌对其性能影响的。采用反相悬浮法制备了球形纤维素基吸附剂，研究了制备条件对吸附剂形貌的影响，比较了球形、絮状、颗粒状吸附剂比表面积、孔径、孔结构及其对酚类有机物的吸附性能之间的差别，结果表面：球形纤维素基吸附剂比表面积及对酚类有机物的吸附性能都远高于絮状或颗粒状吸附.