pH响应型水凝胶的制备及应用研究

作     者：于秋灵 

作者单位：天津工业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李政

授予年度：2021年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

主      题：pH响应型水凝胶 顺丁烯二酸 丙烯酰胺 聚乙烯醇 甲基丙烯酸二甲氨基乙酯 染料吸附 

摘      要：一直以来,染料废水因高盐度、高色度以及高化学需氧量的特点而很难处理。吸附法凭借其吸附量高和易从水体中分离的优势而备受关注。由于pH响应型水凝胶的分子结构中含有大量的弱酸(碱)性基团,通过调节染液的pH值就可以实现对离子型染料的吸附或解吸。然而这类水凝胶仍存在吸附染料类型单一、高盐度下吸附效果明显下降、循环使用困难等问题。为此,本论文设计构建了两种pH响应型水凝胶,并探讨了其对不同离子型染料的吸附性能。主要研究结果如下:1)合成了两种pH响应型水凝胶:二元双网络阴离子型pH响应型水凝胶和三元双网络两性pH响应型水凝胶。以顺丁烯二酸(MA)、丙烯酰胺(AM)和甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(DM)为主要单体在热引发下自由基聚合成第一网络P(MA-co-AM)或P(MA-co-AM-co-DM)大分子;同时引入聚乙烯醇(PVA)作为第二增强网络,在氢键作用下最终合成PVA/MA/AM、PVA/MA/AM/DM水凝胶。2)FTIR证明两种水凝胶大分子成功聚合;SEM表明两种水凝胶均为致密的多孔结构,BET测试介孔孔容分别为0.015 cm/g、0.003 cm/g,比表面积分别为10.434 m/g、0.791 m/g。3)研究两种水凝胶的pH敏感性:将溶液的pH值由2调整至10,PVA/MA/AM水凝胶溶胀度增大2.74倍,在pH=10的环境下溶胀度为17.46 g/g;PVA/MA/AM/DM水凝胶在pH=2～12的范围内溶胀度从3.69 g/g到10.86 g/g。4)研究两种水凝胶对离子型染料的吸附性能及作用机制。结果发现:PVA/MA/AM水凝胶在pH=8下对亚甲基蓝的去除率可达到95.69%,但是在pH=1下的去除仅为7.01%,另外在氯化钠浓度=10 g/L下的去除率为2.50%,PVA/MA/AM水凝胶对MB的首次解吸率为86.79%,经过7次吸附-解吸循环后的吸附率75%;PVA/MA/AM/DM水凝胶在pH=12、2下分别吸附亚甲基蓝或活性红195的染液,去除率分别为91.71%和89.48%,并且高盐浓度(C=20g/L)下的去除率分别为44.96%和76.67%。另外,准二级动力学和Langmuir吸附等温式能更好地模拟两种水凝胶的吸附机制。本研究成功合成两种pH响应型水凝胶,通过调节pH值可实现对阴(阳)离子染料的“响应吸附或解吸,并且PVA/MA/AM/DM水凝胶在高盐度作用下仍能保持良好的吸附性。这对处理实际的染料废水具有积极的意义。