常见的去除氨氮方法主要有吹脱法、吸附法、折点加氯法、化学沉淀法以及生物法等,而传统的脱氮方法需要较大的建设成本和运行维护成本,对氨氮进水浓度要求高,且对环境会产生影响,吸附法限制条件少,处理成本低且环境友好。因此希望能制备出一种对环境友好且经济有效的吸附材料。蜂巢石分布广泛,孔隙发达且价格低廉,便于回收;纳米水合氧化铁(NHFO)具有比表面积大、吸附位点多、活性高等特点,而纳米水合氧化铁单独处理时会产生大量污泥并且易流失;因此,将纳米水合氧化铁负载到蜂巢石表面,制备一种新型的吸附材料,应用于氨氮的吸附去除。
利用共沉淀法,将纳米水合氧化铁(NHFO)负载到蜂巢石上,从而吸附水中的氨氮。
通过NaCl改性浓度为0.5 mol/L 、FeCl·6HO浓度为0.5 mol/L,成功制备出NHFO@蜂巢石复合材料,进一步探究初始氨氮浓度、初始pH值及共存离子(H、Na、K、Mg)等环境因子对NHFO@蜂巢石复合材料的吸附性能的影响,从而确定最佳的环境条件为:氨氮初始浓度为20 mg/L,pH值在7左右时具有较好的吸附能力;共存离子对氨氮的吸附有抑制作用,抑制强度为:H>Na>K>Mg。采用SEM-EDS、XRD等手段表征NHFO@蜂巢石的形貌及结构特征,在电镜图中可观察到蜂巢石表面负载了球形颗粒,X射线衍射图中35.2°出现纳米水合氧化铁的衍射峰,由此也证实纳米水合氧化铁成功负载到蜂巢石上。得到最佳制备条件及最佳环境条件后,将NHFO@蜂巢石复合材料应用于吸附水中的氨氮,为弄清楚NHFO@蜂巢石复合材料吸附氨氮的机制,通过吸附等温线模型和吸附动力学模型,探究NHFO@蜂巢石的吸附过程,结果显示,NHFO@蜂巢石吸附氨氮更符合朗缪尔吸附等温线(R=0.9886)和准二级动力学模型(R=0.9969),再采用XPS、FT-IR表征手段探究NHFO@蜂巢石吸附氨氮的作用机制,为NHFO@蜂巢石在实际废水中的应用提供理论基础。
通过SEM-EDS、XRD等表征分析了NHFO(纳米水合氧化铁)负载到上蜂巢石的表面形貌特征、元素分布及晶体结构,证实了NHFO成功负载到蜂巢石上;当溶液pH为7左右时,NHFO@蜂巢石对氨氮的吸附容量最大,达到3.877 mg/g。当氨氮浓度为20 mg/L时,NHFO@蜂巢石对氨氮吸附有较好的吸附容量。当H、Na、K、Mg在溶液中与氨氮共存时,H、Na与氨氮的竞争吸附作用更明显,对NHFO@蜂巢石吸附氨氮的影响比K、Mg大。Langmuir等温线模型更符合NHFO@蜂巢石对氨氮的吸附行为,表明NHFO@蜂巢石对氨氮的吸附属于单层吸附。拟二级动力学模型能更准确的描述NHFO@蜂巢石对氨氮吸附过程的动力学,Elovich模型进一步证实了NHFO@蜂巢石对氨氮的吸附行为属于化学吸附。XPS、FT-IR表征揭示了NHFO@蜂巢石对氨氮的吸附机制为离子交换、静电作用。
氨氮是引发水体富营养化的主要因素之一,吸附法因其来源广、价格低且可循环使用的特点引得诸多学者对吸附法去除氨氮做了大量的研究。蜂巢石作为吸附剂对水中污染物的吸附能力较低,纳米水合氧化铁(NHFO)作为吸附剂存在粒径小、易流失等问题。为提高蜂巢石的吸附容量和解决NHFO的易流失问题,负载到多孔材料上是最有效的方法之一。
本实验采用共沉淀法制备NHFO@蜂巢石复合材料,采用SEM-EDS、XRD手段表征NHFO@蜂巢石形貌特征、元素分布及晶体结构;探究环境因子(氨氮溶液pH、共存离子、氨氮初始浓度)对NHFO@蜂巢石吸附氨氮的影响;采用吸附等温线、吸附动力学对数据进行拟合;采用XPS、FT-IR表征探究NHFO@蜂巢石对氨氮的吸附机制。形貌特征、元素分布及晶体结构结果表明NHFO成功负载到蜂巢石表面;吸附等温线、吸附动力学结构表明NHFO@蜂巢石吸附氨氮符合Langmuir模型,属于化学吸附行为;微观结构和官能团变化结果表明,NHFO@蜂巢石对氨氮吸附机制主要为静电作用和离子交换。
蜂巢石与纳米水合氧化铁(NHFO)是水处理中常用的吸附剂,研究采用共沉淀法将NHFO负载到蜂巢石上,探究其对氨氮的吸附性能及机制。实验探究了初始氨氮浓度、初始pH值及共存阳离子(H+、Na+、K+、Mg2+)对NHFO@蜂巢石吸附氨氮的影响。采用SEM-EDS、XRD等手段表征NHFO@蜂巢石的形貌及结构。结果显示:氨氮初始浓度为20 mg/L,pH值7左右时具有较好的吸附能力;共存离子对氨氮的吸附有抑制作用,抑制强度为H+>Na+>K+>Mg2+。SEM-EDS、XRD、FTIR等表征手段证实了NHFO成功负载在蜂巢石上,吸附过程符合Langmuir吸附等温线(R2=0.9886)和准二级动力学模型(R2=0.9969)。研究表明:氨氮主要通过羟基和NH4+的静电作用、离子交换和孔隙吸附共同实现的。该研究为吸附法处理氨氮废水提供了理论依据。
玻璃纤维增强聚酰胺(GF/PA)复合材料因其优异独特的性能特点,在众多领域展示出巨大的应用潜力。然而,GF/PA复合材料固有的易燃属性限制了其在接触火源或高温环境的应用。因此,开发阻燃GF/PA复合材料对于确保其在关键应用中的安全性和可靠性至关重要。在GF/PA中添加阻燃剂是提高复合材料阻燃性能操作最为简单且工业上应用最广泛的一种方法,随着环保要求的提高与相关法律法规的逐步完善, GF/PA用阻燃剂的发展越来越注重无卤、低挥发性有机物(VOC)和低毒性的特性。
结合国内外最新的学术研究成果以及阻燃行业会议的最新趋势,系统总结近年来GF/PA复合材料用阻燃剂的研究进展,并重点论述GF/PA复合材料常用的无卤、环保等新型阻燃剂的典型应用;结合阻燃剂的分子结构与特征,深入探讨阻燃剂的作用机理与作用效果;最后总结目前主流阻燃剂的发展现状以及挑战,并对GF/PA复合材料用阻燃剂的未来方向进行展望,为纤维增强复合材料与阻燃技术相关领域的研究人员提供参考,以更好地选择合适的GF/PA复合材料用阻燃剂,并启发整个行业开辟更高效的阻燃技术与开发更高性能的阻燃复合材料,从而满足GF/PA复合材料在高防火安全要求领域的应用需求。
GF/PA复合材料用的各类阻燃剂具有独特的作用机理与性能优势,但大多数阻燃剂在单独使用时可能会存在自身阻燃效率低,与材料界面结合力较差,添加量大或对性能影响较大等一系列问题,仅靠单一种类的阻燃剂往往难以满足理想的综合性能要求。因此,在实际生产应用中,通过将二元、三元甚至多元阻燃剂复配使用,发挥多种阻燃方式相互协同作用,是获得综合性能优异、高性价比的有效方式。在多种复配的阻燃剂体系中,由于氮-磷系阻燃剂复合的协同阻燃效率较高、市场生产储备较多且产品绿色环保无污染,因此氮磷复合阻燃剂仍是目前阻燃PA与阻燃GF/PA体系中研究较为完善、应用范围最广的阻燃剂组合。不同化学结构、不同形态结构的阻燃剂结合使用,使得材料在燃烧时多种阻燃方式协同作用,不仅能够有效提升材料的阻燃性能,也为基于新要求的阻燃新材料的开发提供了多重解决思路与方案。总之,用于阻燃GF/PA复合材料的阻燃剂将呈现“无卤环保”、“多效合一”的发展趋势。
GF/PA复合材料用阻燃剂的发展方向如下:(1)绿色环保:未来阻燃剂的发展趋势将更加注重无卤、低挥发性有机物(VOC)和低毒性的特性,以降低材料使用时对人类健康和环境的负面影响。随着生物基PA的快速发展与日益增长的市场需求,基于生物原料制备的环保型阻燃剂也将具有广阔的市场应用前景。(2)可持续性:在GF/PA等复合材料的后工业回收(PIR)以及后消费回收(PCR)的热潮下,要求回收材料中的阻燃剂具有可循环性、可回收性。阻燃剂填料的存在给GF/PA的回收增加了障碍,应该考虑阻燃剂在回收过程中的降解与失效问题,这一点正在引起复合材料行业的关注。(3)性能平衡:开发与基体树脂相容性好以及具有化学反应活性的新型阻燃剂是未来阻燃的另一个发展方向,而如何平衡阻燃剂价格、阻燃剂用量、材料阻燃与力学性能之间的多重平衡是从原材料到终端制造整个行业链需要努力的方向。为了应对GF/PA用阻燃剂的以上发展趋势,科学界与产业界应加强深入交流,阻燃行业产业链之间也应加强信息交互,发挥上下游创新主体间的合作优势,以积极应对阻燃GF/PA复合材料在高端应用市场下的机遇与挑战。
玻璃纤维增强聚酰胺(GF/PA)复合材料因其优异独特的性能特点,在众多领域展示出巨大的应用潜力。然而,GF/PA复合材料固有的易燃属性限制了其在接触火源或高温环境的应用。因此,开发阻燃GF/PA复合材料对于确保其在关键应用中的安全性和可靠性至关重要。在GF/PA中添加阻燃剂是提高复合材料阻燃性能操作最为简单且工业上应用最广泛的一种方法,随着环保要求的提高与相关法律法规的逐步完善, GF/PA用阻燃剂的发展越来越注重无卤、低挥发性有机物(VOC)和低毒性的特性。基于此,本文综述了近年来阻燃GF/PA复合材料所使用阻燃剂的研究进展,并通过典型研究案例探讨了阻燃剂的阻燃机制与阻燃效果。此外,本文总结了GF/PA复合材料用阻燃剂的现状,并对其发展方向进行了展望,为无卤阻燃复合材料领域的研究者提供参考。