海藻纤维吸附含重金属废水的尺寸效应与吸附机理研究

重金属对水体的污染已成为全球性环境问题，利用海藻等天然生物材料修复含重金属废水因其高效、价廉和环保等优势引起广泛关注。本项目拟以湿法纺丝、静电纺丝制备的微、纳米海藻纤维及交联改性的纤维作为含重金属废水的吸附材料，研究不同链段结构与微纳米尺寸的纤维对单组分、双组分及多组分重金属离子的静态与动态吸附，分析吸附的尺寸效应及废水溶液温度、浓度、离子强度、pH值等对吸附性能的影响，研究吸附动力学、热力学与平衡吸附。通过对离子结构、吸附过程参数、吸附材料结构变化等系统研究阐明海藻纤维对不同离子的吸附作用机理，丰富和发展生物材料对重金属离子的吸附理论，分析提高海藻纤维稳定性、再生反应效率及吸附容量的最佳条件，进而调控海藻纤维结构提高吸附效率。该项目的研究为开发新型低成本、高效率的海藻纤维吸附材料及促进重金属水污染防治、改善水环境质量的应用与工程设计提供理论指导与技术支持。

水体污染已成为全球性环境问题，重金属污染、有色染料污染物等是水体污染的重要来源。本项目创新利用海洋生物质纤维材料作为生物吸附材料，在水环境污染物治理及能源器件材料等方面开展卓有成效的基础研究工作。.1.海藻纤维纺丝成形与交联改性研究：研究解决了海藻纤维纺丝成形过程中的关键技术问题，并以戊二醛作为交联剂对海藻纤维进行改性，海藻纤维已实现产业化。研究确定了海藻纤维交联机理，交联后的海藻酸产生了更多的微孔结构，有利于金属离子在海藻酸的表面络合。.2.海藻纤维吸附重金属离子的过程与机理研究：研究了海藻纤维对Cu2+，Zn2+，Fe3+，Pb2+等金属离子的静态与动态吸附过程与机理，分析吸附的尺寸效应及废水溶液温度、浓度、离子强度、pH值等对吸附性能的影响，研究吸附动力学、热力学与平衡吸附。通过对离子结构、吸附过程参数、吸附材料结构变化等研究阐明海藻纤维对不同离子的吸附作用机理，丰富和发展生物材料对重金属离子的吸附理论。.3.海藻纤维对有机污染物的吸附与脱吸附研究：以海藻酸纤维为生物吸附剂，研究了海藻酸纤维对有色染料的吸附行为，重点研究了海藻酸纤维对亚甲基蓝染料MB和阳离子蓝染料CB的静态、动态吸附性能。海藻酸纤维吸附两种染料的动力学过程符合Freundlich模型、Temkin模型、准二级动力学模型描述，粒子扩散模型，说明此吸附过程并非一个单分子层的吸附，纤维表面不均匀且吸附时纤维表面的能量分布不均匀。.4.基于海藻纤维的纳米金属单质/碳纤维复合材料制备及催化降解偶氮染料的研究：以吸附Fe3+的海藻纤维为原料，经过热处理制备了Fe/C复合材料，研究了复合材料对甲基橙染料、酸性黑染料、直接蓝染料三种偶氮染料的降解行为，表明该海洋生物纤维基复合材料具有催化降解偶氮染料的性能。.5.基于海藻纤维基碳材料在储能器件中应用基础研究：以海藻酸纤维为前驱体，通过高温碳化处理制备了具有独特微纳结构的碳纤维，用作锂离子电池负极材料时表现出优异电化学性能。以海藻酸锰纤维为原料制备的碳包覆的Mn3O4微米纤维，用作超级电容器电极材料时表现出较高的比容量和倍率性能。.该项目在海藻纤维在环境水污染物治理方面、功能材料制备等方面开展了大量前沿性探索研究，取得重要成果。在项目执行过程中培养了4名硕士研究生，发表研究论文18篇，其中SCI论文6篇，申请2项发明专利。