【摘 要】
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当下,随着工业化进程的加深,科技的发展以及人们环保意识的觉醒,越来越多的国家开始注重于环境保护,而不是继续通过牺牲环境来加快国家经济发展。但是,已造成的生态环境破坏的影响是深远的,有些严重的生态问题甚至难以根除。生态环境污染问题主要包括空气污染、土壤污染、水资源污染等。其中,水资源污染是较为严重的一项,波及的范围最广,涉及人类生活的方方面面。目前,石油泄露的处理办法主要有两大类,一是化学法:就地燃
【基金项目】
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国家重点研发计划课题（2017YFD0600204）；
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当下,随着工业化进程的加深,科技的发展以及人们环保意识的觉醒,越来越多的国家开始注重于环境保护,而不是继续通过牺牲环境来加快国家经济发展。但是,已造成的生态环境破坏的影响是深远的,有些严重的生态问题甚至难以根除。生态环境污染问题主要包括空气污染、土壤污染、水资源污染等。其中,水资源污染是较为严重的一项,波及的范围最广,涉及人类生活的方方面面。目前,石油泄露的处理办法主要有两大类,一是化学法:就地燃烧和分散剂沉淀降解;二是物理法:机械撇油回收和吸附剂吸附等。相对而言,工业废水的处理方法比较多,有化学沉淀法、离子交换法、膜分离法、生物絮凝法以及吸附剂吸附等。由此可见,吸附剂吸附法不仅适用于石油泄露和工业废水处理,同样也适用于生活废水的处理。但是,传统吸附剂存在许多的缺陷,例如成本较高、不易回收且吸附效率低等。因此,研究更多成本低廉、绿色高效且可循环使用的新型吸附材料已成为当下材料领域的研究热点之一。本文主要研究如何高效快速的对水中油剂和有机溶剂以及重金属离子污染进行处理的方法,采用液氮定向以及冷冻-干燥法等,通过复合其他有机和无机材料,成功制备了绿色环保的纳米纤维素基复合气凝胶,之后对纳米纤维素基复合气凝胶进行不同方向的改性处理,赋予其疏水吸油性能,增强其力学性能等,重点表征了复合气凝胶对水中溢油、有机溶剂以及对不同种类的重金属离子的吸附性能,主要研究成果如下:（1）以竹粉为原材料,通过苯醇抽提,酸碱处理以及研磨均质等一系列的处理方法,成功的制备出直径范围在20-30 nm左右的纳米纤维素,结晶度较高,符合后续实验的要求。（2）通过硫酸改性活化的方法,以蒙脱土K10为原材料,成功制备出酸改蒙脱土。经过强酸处理之后,蒙脱土片层结构被破坏,蒙脱土片层间的金属阳离子Ca+、Na+和Mg2+等被置换。同时,蒙脱土的比表面积也从原本的167.45 m2/g增加到208.87 m2/g。（3）以纤维素纳米纤维,聚乙烯醇和蒙脱土为原料,使用液氮定向冷冻的方法,成功制备出CNF/PVA/MMT复合气凝胶（CPMA）。之后,以甲基三甲氧基硅烷（MTMS）为疏水改性剂,通过化学气相沉积法（CVD）,赋予复合气凝胶高的疏水亲油性。得到了密度为26.52 mg/cm3,孔隙度达96.1%,水接触角>140°的力学性能优良的复合气凝胶MTMS-CNF/PVA/MMT aerogel（MCPMA）。复合气凝胶对多种油剂和有机溶剂的吸附容量可达38-68 g/g和40-64 g/g。同时,在一分钟之内即可达到吸附最大值,吸附速率可观。（4）以纤维素纳米纤维为基材,壳聚糖为交联剂,改性蒙脱土为增添剂,通过简单的自制定向冷冻装置,控制冷冻过程中冰晶的生长方向,制备出具备定向三维互通网络孔洞结构的CNF/CS/MMT复合气凝胶（d-CCMA）。与未定向的气凝胶相比,定向后的气凝胶结构稳定性增加,力学性能明显增强。同时,复合后的气凝胶对不同种类的重金属离子都有着较强的吸附效果,对Cu2+、Pb2+和Cd2+的吸附容量分别可达到181.95 mg/g、170.29mg/g和163.85 mg/g。更重要的是,在循环吸附-解吸5次之后,复合气凝胶的吸附容量仍能达到初次吸附的83%左右。
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