通过一种简便的原位氧化聚合法制备了具有纳米纤维结构的聚吡咯/细菌纤维素(PPy/BC)复合材料,以有效去除水溶液中的六价铬(Cr(VI))。通过SEM、TEM、BET、EDX、FT-IR和XPS分析了吸附剂的特性,发现PPy均匀包裹在纤维素表面,形成核壳结构,比表面积为95.9m2/g。
得益于高比表面积,PPy/BC能够有效去除Cr(VI),在K和pH2下的最大吸附容量为.6mg/g。经测定,吸附数据遵循Langmuir等温线模型和伪二阶模型。Cr(VI)在PPy/BC上的吸附涉及离子交换和静电吸引。同时,一部分Cr(VI)被吡咯氮还原为三价铬(Cr(III)),然后通过螯合作用保留在PPy/BC表面。另外,PPy/BC经过5次吸附和解吸循环后,仍保持了70.5%的初始吸附量。这项研究表明,PPy/BC是一种经济高效且可重复使用的Cr(VI)吸附剂。
图1.PPy/BC纳米复合材料的制备过程
图2.BC(a)和PPy/BC(b)的SEM图像;PPy/BC的TEM图像(c);不同pH条件下,PPy/BC在去离子水中的Zeta电位(d);PPy和PPy/BC的红外光谱和FTIR光谱(e)
图3.pH对PPy/BC去除Cr(VI)效率的影响
图4.共存离子对PPy/BC复合材料吸附Cr(VI)的影响
图5.接触时间对不同初始浓度下Cr(VI)吸附容量的影响(a),以及利用Langmuir和Freundlich吸附等温线模型研究了三种温度(、和K)下的平衡吸附数据(b)
图6.PPy/BC在Cr(VI)吸附中的吸附/解吸循环(a)和第五次循环后PPy/BC的SEM图像(b)
图7.Cr(VI)吸附后PPy/BC的FTIR光谱(a),以及PPy/BC的XPS光谱和全扫描(b),Cr-2p高分辨率光谱(c)和N-1s高分辨率光谱(d)
图8.PPy/BC纳米复合材料去除Cr(VI)的机理