多级孔道结构聚合物中空粒子的设计、制备及染料吸附性能研究

批准号:
51403011
项目类别:
青年科学基金项目
资助金额:
25.0 万元
负责人:
陈冬
依托单位:
学科分类:
E0310.其他有机高分子功能材料
结题年份:
2017
批准年份:
2014
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈延昭、岳青、秦燕、赵春霖
国基评审专家1V1指导 中标率高出同行96.8%
结合最新热点,提供专业选题建议
深度指导申报书撰写,确保创新可行
指导项目中标800+,快速提高中标率
微信扫码咨询
中文摘要
吸附法是染料废水处理的重要方法,具有适应性广、操作简便和处理效果好等优点,但常用吸附剂存在成本高、吸附速率慢、吸附容量低及再生困难等缺点,迫切需要开发低成本、高效率和易再生的吸附材料。本申请在对吸附材料结构与性能关系深入分析的基础上,设计了一种新型的多级孔道结构功能性聚合物微球,用于染料分子的高效吸附。围绕这种设计,拟在以往研究工作基础上,开发出一种工艺简单、产率高、易于工业化生产的多级孔道结构聚合物中空粒子制备方法;并将所制备的多级孔道结构聚合物中空粒子进一步功能化,用于染料废水的处理;从热力学和动力学角度研究其对染料分子的吸附过程及机理,探究吸附性能和结构之间的构-效关系;从吸附选择性、吸附容量和吸附速率以及解吸附-再生等方面探讨其在染料废水处理领域的应用前景。本研究不仅在新型染料吸附材料结构设计方面具有重要学术价值,而且在染料废水问题的解决方面具有现实意义。
英文摘要
Adsorption process is one of the most effective techniques for dye removal due to its flexibility, simplicity and high efficiency. However, the disadvantages of conventional adsorbents, including relatively high cost, low adsorption capacity, slow adsorption rate and the difficulty in regeneration, remain big challenge for their industrial application. Therefore, the development of high performance, low cost and recyclable adsorbents has attracted considerable research attention. The adsorption performance of the adsorbents is largely dependent on their chemical composition and porous structure. Taking these into consideration, a novel kind of functional hollow polymer particle with crosslinked shell and multi-level porous structure are specially designed. The high surface-to-volume ratio, multi-level porous structure and high density of functional groups, making them suitable adsorbents for dyestuffs adsorption. Based on our previous work, we will develop a simple, high yield and scalable method for the fabrication of multi-level porous hollow polymer particles (MPHPPs). The as-prepared MPHPPs will be further functionalized and serve as an efficient adsorbent for the removal of dyestuffs, and the adsorption process and the adsorption mechanism will be fully studied. The selectivity of these functional MPHPPs to different kind of dyes, the adsorption capacity and rate, and their regeneration/reuse will be investigated in detail. The present research not only has great significance for the structure design of efficient adsorbent, but also leads to a series of high performance adsorbents for the treatment of dye wastewater.
吸附法是染料废水处理最有效的方法之一,但传统吸附材料存在成本高、吸附速率慢、吸附容量小以及再生困难等缺点。开发吸附量高、选择性好、易再生的新型吸附材料具有重要的理论价值和实用意义。本研究在分析吸附材料结构与性能关系的基础上,设计、制备了一种具有多级孔道结构的中空聚合物微球(HPP),其壳层中含有高密度酸酐基团,进一步通过化学改性的方式制备了羧基及胺基功能化中空聚合物微球(HPP-COOH和HPP-NH3+);所制备的功能性HPP具有较大的比表面积和极高的功能性基团密度,可作为高效吸附剂用于废水中染料分子的选择性吸附脱除。主要结论如下:.1、基于自稳定沉淀聚合,采用分步加料一锅法制备了壳层为二乙烯基苯和MAH交联聚合物,核为MAH-St交替共聚物的核壳聚合物微球(PMS@PMSD),且PMS@PMSD核-壳层厚度可控、壳层交联程度可调,进一步采用溶剂刻蚀的方法得到酸酐功能化HPP。.2、通过酸酐基团水解及胺解反应,制备了HPP-COOH和HPP-NH3+,其壳层具有互通介孔结构,且功能性基团含量分别高达9.2 mmol/g和2.72 mmol/g,可作为高效吸附剂分别用于碱性和酸性染料分子的选择性吸附。.3、以甲基蓝(a-MB)和亚甲基蓝(b-MB)为模型染料分子研究了功能性HPP的吸附性能。HPP-COOH对碱性染料b-MB具有选择性吸附,吸附等温线符合Langmuir模型,pH=10时,吸附容量(qmax)高达1603 mg/g,且10min达到吸附平衡,远快于常规吸附剂;HPP-NH3+对酸性染料a-MB表现出了较高的qmax(406 mg/g)和较快的吸附速率,且随壳层交联程度下降,吸附速率加快且qmax显著增加至1296 mg/g;另外,qmax具有显著地的pH响应性,溶液pH由2升至9,qmax由406显著降低至59 mg/g。.3、所制备功能性HPP具有优异的解吸附-再生和重复使用性能,通过调整溶液pH可实现解吸附,回收染料的同时实现吸附剂的再生;经五次吸附-解吸附循环后,吸附剂的吸附性能无明显变化。.由于吸附容量大、吸附速度快、易再生/可重复使用,所制备的功能性HPP在染料废水处理方面有广阔的应用前景。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
Ammonium-Functionalized Hollow Polymer Particles As a pH-Responsive Adsorbent for Selective Removal of Acid Dye
铵官能化中空聚合物颗粒作为 pH 响应型吸附剂用于选择性去除酸性染料
DOI:10.1021/acsami.6b04199
发表时间:2016-07-06
期刊:ACS APPLIED MATERIALS & INTERFACES
影响因子:9.5
作者:Qin, Yan;Wang, Li;Yang, Wantai
通讯作者:Yang, Wantai
Dual-Functionalized Hollow Polymer Particle as a pH-Responsive Adsorbent for Selective Removal of Basic Dye
双功能中空聚合物颗粒作为 pH 响应型吸附剂用于选择性去除碱性染料
DOI:10.1002/cjoc.201600681
发表时间:2017
期刊:CHINESE JOURNAL OF CHEMISTRY
影响因子:5.4
作者:Chen Dong;Liu Yang;Qin Yan;Wang Li;Ma Yuhong;Yang Wantai
通讯作者:Yang Wantai
Super-adsorbent material based on functional polymer particles with a multilevel porous structure
基于多级多孔结构功能聚合物颗粒的超吸附材料
DOI:10.1038/am.2016.117
发表时间:2016-08-01
期刊:NPG ASIA MATERIALS
影响因子:9.7
作者:Chen, Dong;Wang, Li;Yang, Wantai
通讯作者:Yang, Wantai
Stabilizer-free precipitation copolymerization of renewable bio-based -methylene--butyrolactone and styrene
可再生生物基-亚甲基-丁内酯与苯乙烯的无稳定剂沉淀共聚
DOI:10.1080/10601325.2016.1189281
发表时间:2016
期刊:JOURNAL OF MACROMOLECULAR SCIENCE PART A-PURE AND APPLIED CHEMISTRY
影响因子:2.5
作者:Ramram Majdi Basheer;Chen Dong;Ma Yuhong;Wang Li;Yang Wantai
通讯作者:Yang Wantai
国内基金
海外基金
