木材气凝胶过滤膜的制备及其处理含铜废水效果

随着经济发展,重金属污染对生态环境和人类健康的危害日趋严重,制备工艺简单且可高效吸附重金属的新材料逐渐成为当前研究的热点。本研究以天然巴沙木为基材,在脱除木质素的基础上通过2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)氧化处理制备出了具有三维纳米网络结构的木材气凝胶过滤膜(TDWM),通过TEMPO氧化处理选择性地将纤维素中C 6位的羟基氧化成羧基,利用纤维素分子链间羧基的静电排斥作用将细胞壁分离成微纤丝纳米网络结构,提高木材比表面积的同时,利用细胞壁中产生的纳米孔隙结构,增加Cu^(2+)与细胞壁的接触面积,同时气凝胶过滤膜孔道中丰富的羧基为Cu^(2+)的吸附提供了大量活性位点。实验结果表明,TDWM对Cu^(2+)的最大静态吸附量达到115 mg/g,其吸附反应符合拟二阶动力学模型和Langmuir模型,说明气凝胶过滤膜中的羧基对Cu^(2+)通过化学络合而产生单层吸附;动态过滤结果显示,在1~5 mm的厚度范围内,TDWM的厚度与Cu^(2+)的去除效率呈正相关性,而且随着过滤层数的增加,Cu^(2+)的去除效率也会增大,厚度为5 mm的3层TDWM装置对Cu^(2+)的动态去除率可达98.28%。本研究制备的木材气凝胶过滤膜不仅工艺简单,而且具有优异的Cu^(2+)去除能力,对高效去除污水中的重金属离子显示出较大的应用潜力。