木质素基复合水凝胶的制备及对阴离子染料的去除性能OA

【目的】针对环境废水治理中偶氮类阴离子染料降解难、传统吸附材料环境适应性差等问题,本研究旨在开发一种基于农林生物质(木质素)新型复合水凝胶,实现染料高效吸附,为绿色水处理材料制备提供新策略。【方法】通过自由基共聚法合成一种新型木质素基复合水凝胶(HPAAM-VIM-LS),利用扫描电子显微镜(SEM)、傅立叶变换红外光谱仪(FTIR)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线衍射(XRD)表征材料微观结构与化学组成;进行热重分析、拉伸/压缩实验评估热稳定性与力学性能;通过吸附实验探究HPAAM-VIM-LS对阴离子染料刚果红(CR)的吸附性能及循环利用性,并结合吸附动力学与等温线模型阐明吸附机制。【结果】HPAAM-VIM-LS呈现三维多孔网络结构,表面富含羟基、羧基及咪唑阳离子基团赋予材料丰富的活性位点,材料热分解温度大于189.9℃,拉伸应变达746%,弹性模量为15.15 MPa。在pH 6.0、温度35℃条件下,HPAAM-VIM-LS对CR的去除率达96.4%,最大吸附量为490.58 mg·g^(-1),且在pH 5.0~8.0、温度25~55℃范围内保持高效吸附。结构解析表明:吸附机制由静电吸引、氢键、π—π堆叠、孔隙填充及配位作用协同驱动,符合准二级动力学模型,受颗粒外/内扩散与化学吸附共同控制。HPAAM-VIM-LS 7次吸附-解吸循环后,CR去除率仍保持85%以上。【结论】本研究成功制备了一种环境友好型木质素基复合水凝胶,它兼具高吸附容量、宽环境适应性和优异机械性能。本研究可为木质素资源化利用及染料废水的治理提供高效、可持续的解决方案。