离心纺纤维素/UiO-66-NH2纳米纤维膜的制备及吸附玫瑰红性能研究
染料可以提供更有吸引力和更明亮的各种颜色，因此在纺织业、造纸业、食品业中应用甚广。并且与天然染料相比，化学染料因为更低的成本，其需求正在全世界范围内上升。纺织业中合成染料的年消耗量非常巨大，并且将在废水中产生巨量污染物。染料的存在降低了水的透明度和通气性，使植物的光合作用无法正常进行，导致溶解氧值下降。其次，染料生产厂或染料消费行业向水系统排放的染料污水排放到水系统中，对水质、人类健康、动物、植物和水生生物都有很大的危险，所以对染料废水的处理迫在眉睫。处理染料废水的方法目前有三大类，化学法，生物法以及物理法。其中物理吸附法是成本最低廉，最高效的方法。金属有机框架材料（MOFs）因为高比表面积和高孔隙率的优点被广泛应用于吸附领域。UiO-66-NH2是一种具有化学稳定性，耐水性的MOFs，这为其应用于吸附水体中的染料提供了优势，但是粉末的存在形式使其在水体中难以回收。纤维素作为自然界含量最多的天然高聚物，本身也具有耐酸碱，不溶于水的特性，这为UiO-66-NH2提供了合适的载体。本文基于离心纺丝技术，制备了醋酸纤维素纳米纤维，然后通过去乙酰化再生了纤维素纳米纤维，并以之作为载体，采用原位生长的方法将UiO-66-NH2与之复合，制备了一种方便回收，高效吸附染料玫瑰红（RB）的材料。主要研究内容如下： （1）通过离心纺丝技术制备了醋酸纤维素纳米纤维，并通过实验验证优化了工艺参数，最后确定：当纺丝液浓度为11wt％，喷丝头直径为0.11mm，收集距离为15cm，电机转速为5500rpm时，纺制的醋酸纤维素纳米纤维形态最为均匀，纤维平均直径在600-700nm。在此基础之上对醋酸纤维素纳米纤维进行去乙酰化处理制备纤维素纳米纤维垫。通过FTIR验证了纤维素纳米纤维的成功再生，并且通过SEM对比了处理前后的纳米纤维的形态和直径分布，发现再生纤维素纳米纤维形态上无变化，整体直径变小。 （2）通过原位生长的方法，将UiO-66-NH2固定生长在纤维素纳米纤维膜上。通过SEM、FTIR、XRD数据分析，表明UiO-66-NH2均匀生长在纤维素纳米纤维膜的表面，通过TGA、BET数据分析，表明复合物具备UiO-66-NH2的热稳定性特点，也具备一定的比表面积。在对纤维素纳米纤维膜负载UiO-66-NH2能力的研究中发现，每0.1g纤维素纳米纤维膜的可以负载约10mg的UiO-66-NH2。 （3）将制备成功的纤维素纳米纤维膜/UiO-66-NH2复合物应用于对染料玫瑰红的吸附，通过对吸附时间、溶液pH值、温度、染料初始浓度的研究，分析和对比了复合物和UiO-66-NH2的吸附行为，发现复合物与UiO-66-NH2均与伪二阶吸附动力学模型匹配，符合Freundlich吸附等温线模型，且在溶液pH=3，T=25℃时对燃料玫瑰红的最大吸附量分别可以达到683mg/g和309.6mg/g。对复合物的循环利用性能研究表明，在经过6次循环吸附实验后，复合物对染料玫瑰红吸附能力仍然保持在最大吸附量的86%。在水体中有染料竞争离子存在的条件下，复合物对玫瑰红的吸附能力也没有受到影响。这表明纤维素纳米纤维膜/UiO-66-NH2有非常巨大的实际应用潜力。
离心纺丝;UiO-66-NH2;纤维素纳米纤维;玫瑰红;染料吸附
天津工业大学
硕士
纺织工程
夏磊;左芳芳
2022
中文
X703.5
2023-07-10（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）