负载纳米Ag木质过滤材料的制备及其废水处理性能研究

作     者：程志泳 

作者单位：中国林业科学研究院 

学位级别：硕士

导师姓名：王小青

授予年度：2020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）] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：轻木 过滤材料 Ag纳米粒子 油水分离 催化降解 

摘      要：随着现代工业的快速发展,水污染已成为当今全球面临的主要环境问题之一。工业废水和生活污水中常含有不溶于水的油类物质以及水溶性的有机染料等污染物,同时实现油水分离和水溶性有机染料的去除成为当前废水处理面临的挑战之一。具有特殊润湿性表面的油水分离材料能快速高效地分离水中油类物质,但难以有效去除水溶性有机染料。木材是一种可再生、可生物降解的环境友好型天然材料,具有构造有序、层次分明的多尺度分级结构和丰富的孔隙构造,这种层级多孔结构为新型水净化处理材料和装置的开发创造了天然条件。本论文以多孔轻木为原料,采用银氨溶液原位还原法在木材基体中负载金属Ag纳米粒子,制得Ag/木材复合过滤材料。利用木材的特殊润湿性和丰富孔隙通道以及Ag纳米粒子的催化活性,纳米Ag/木材复合过滤材料可同时实现油水分离和水溶性有机染料的催化降解,为实现多功能水净化处理提供新策略。主要研究结果如下:(1)木材在负载Ag纳米粒子后由原来的浅黄色变成深褐色,纳米Ag/木材复合过滤材料中Ag元素含量为4.87%;木材细胞壁组分尤其木质素富含羟基、羰基等活性基团,将银氨离子原位还原为单质Ag并固定在木材孔隙结构中;制备的纳米Ag/木材复合过滤材料保留了木材的孔隙结构,Ag纳米粒子成功负载在导管内壁,且分布均匀,粒径范围5～20 nm。(2)纳米Ag/木材复合过滤材料表面呈现超亲水性和水下超疏油性;基于这种特殊润湿性,纳米Ag/木材复合过滤材料能够在重力驱动下有效分离正己烷、甲苯、橄榄油、机油等各类油水混合物,分离效率高达99%;Ag/木材复合过滤材料对各类油和有机溶剂的临界突破压力不同,具备一定的油水分离稳定性。(3)由于固定在导管内壁上Ag纳米粒子的催化活性,木质过滤材料能有效催化降解水中亚甲基蓝(硼氢化钠为还原剂),其降解效率和水通量与过滤材料厚度密切相关;厚度为6 mm的过滤材料在重力驱动下对亚甲基蓝的催化降解效率达94.03%,且水通量高达2600 L·m·h,实现了染料降解效率与水通量的优化;负载Ag纳米催化剂的木材导管是液体传输的主要通道,同时也是染料催化降解的反应通道。纳米Ag/木材复合过滤材料合成工艺简单、成本低廉,可实现规模化制备,在废水处理领域具有较好的应用前景。