废革屑制备多肽表面活性剂改性蒙脱土及其对染料的吸附研究

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随着我国经济的不断发展,染料废水的污染成为日益严重的问题,蒙脱土作为一种具有优异良好吸附能力的吸附剂,广泛用于染料的处理。然而,蒙脱土由于其表面的亲水特性,使得天然蒙脱土对染料吸附率相对较低,需要通过一定的改性方法改变其亲水特性。通过胶原蛋白多肽合成的多肽类表面活性剂不仅能够改善蒙脱土的亲水性,而且为染料的处理提供大量的-NH2和-COOH等活性官能团。本论文以含铬废革屑制备的胶原蛋白多肽水解液(CH)为原料,制备三种不同类型的多肽类表面活性剂,分别为多肽酰基表面活性剂、多肽硅基表面活性剂和多肽表面活性剂复配液。从中选择表面活性最佳的多肽类表面活性剂,将其用于改性蒙脱土,制备出多肽改性蒙脱土复合材料,并进一步探究复合材料的结构,然后将其用于吸附水溶液中的阳离子亚甲基蓝(MB)染料,并进一步探究其吸附的机理。主要研究内容和结果如下:(1)根据肖顿-鲍曼反应,以游离氨基的转化率为指标,优化了pH值、乙酸乙酯的用量、反应温度和不同碳链长度等合成多肽酰基表面活性剂的条件。并对其进行表面张力和起泡性与泡沫稳定性等表面活性的表征。结果表明,多肽酰基表面活性剂合成的最佳条件:pH值为9.0,乙酸乙酯与月桂酰氯的体积比为2:1,反应温度为60℃,酰氯碳链长度为12的月桂酰基转化率最高为77.9%,表面张力为40.3 mN/m,泡沫损失率为12.5%。(2)根据游离氨基与环氧硅基反应,合成多肽硅基表面活性剂。以游离氨基的转化率为指标,优化pH值、反应时间、KH560的用量、丙酮的用量和反应温度等合成多肽硅基表面活性剂的条件,并对其进行表面张力和起泡性与泡沫稳定性等表面活性的表征。结果表明,合成多肽硅基表面活性剂的最佳条件:pH值为9.0,游离氨基与KH560物质的量的比为1:1.4,KH560与丙酮的体积比为3:1,反应温度为40℃,反应时间为6 h。在此条件下得到转最大化率为56.10%,表面张力为52.2 mN/m,泡沫损失率为33.1%。(3)将CH分别与阴离子型表面活性剂(十二烷基硫酸钠,SDS)、阳离子型表面活性剂(十六烷基三甲基溴化铵,CTAB)和非离子型表面活性剂(聚乙二醇辛基苯基醚,Triton X-100)进行复配,得到多肽表面活性剂复配液。以复配液的表面张力、发泡性与泡沫稳定性和泡沫形态为考察指标,优化CH与不同离子型表面活性剂的最佳配比。最后,以表面张力和泡沫损失率为指标,将多肽酰基表面活性剂、多肽硅基表面活性剂和多肽表面活性剂复配液进行对比,得到表面活性最佳的多肽类表面活性剂。结果表明,CH/CTAB、CH/SDS、CH/Triton X-100中表面活性最优分别为CH的加入量30%、30%和50%,其中,CH/SDS复配液是表面活性最佳的多肽类表面活性剂,其表面张力为36.5 mN/m,泡沫损失率为3.7%。(4)采用CH/SDS复配液对十八烷基三甲基溴化铵改性蒙脱土(STAB-MMT)进行改性,得到多肽改性蒙脱土(多肽/十二烷基硫酸钠-十八烷基三甲基溴化铵-蒙脱土,CH/SDS-STAB-MMT)复合材料。通过X射线衍射分析(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和比表面积分析(BET)对CH/SDS-STAB-MMT进行表面性能的表征,将其用于溶液中亚甲基蓝(MB)的吸附,通过对初始浓度、温度、时间的探究优化吸附MB的条件,对其进行吸附动力学、吸附等温线和吸附热力学的研究,并进一步说明CH/SDS-STAB-MMT对MB的吸附机理。结果表明,当初始浓度为500 mg/L,吸附时间为60 min,温度为30℃时,CH/SDS-STAB-MMT对亚甲基蓝的吸附量为160.82mg/g。吸附动力学和等温线模型分别遵循伪二级和Langmuir模型。热力学研究表明CH/SDS-STAB-MMT吸附MB是吸热、自发的物理吸附过程。CH/SDS-STAB-MMT对亚甲基蓝的吸附机理包括疏水作用、氢键、静电力、范德华力和离子交换力。
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