摘 要

纺织、食品、化妆、塑料等工业生产的有机染料废水具有强致癌作用，而且这些染料会在生物体内富集，通过食物链到达人体内，从而危害人类的健康。因此，合成新颖、环保无污染的有机染料吸附剂意义十分重大。微孔有机聚合物因具有大比表面积以及能够引入官能团进行改性等特点，成为了一种新颖的，且最具发展潜力的吸附材料，可能成为有机染料去除的理想选择。

本论文以卟啉为基本构筑单体，通过偶氮键链接，合成微孔有机聚合物azo-1，对其进行了红外光谱，核磁共振、扫描电镜以及孔结构表征，并研究吸附时间、甲基橙溶液初始pH、初始浓度对吸附效果的影响。azo-1的比表面积高达到679 m² g^-1，在室温下对甲基橙的最大吸附量达到655 mg g^-1。

关键词：微孔有机聚合物 染料废水 吸附 甲基橙

Synthesis of azo-linked microporous polymer and

its adsorption application of organic dyes

Abstract

Dye-containing wastewater discharged from factories like paper, plastic, textiles, food and cosmetic industries has a strong carcinogenic effect, and these dyes will be enriched in the human body through the food chain and endanger human health. Therefore, it is very important to synthesize original and environmentally friendly adsorbents for organic dyes. The combination of large specific surface areas and characteristics of introducing functional modification makes Microporous Organic Polymers excellent candidates for the removal of organic dyes.

This paper is to synthesis nitrogen-rich microporous polymer azo-1 which combines the porphyrin and azo group. The infrared spectrum, nuclear magnetic resonance scanning, electron microscope of azo-1 were collected and its porosity was studied by N₂ adsorption isotherms at 77K. The influence of adsorption time, pH value and dye concentration on methyl orange adsorption was studied. azo-1 shows high specific surface area reaching 679 m² g^-1 and has large methyl orange adsorption capacity of 655 mg g^-1 at 298 K.

Keywords: Microporous Organic Polymer; Dye Wastewater; Adsorption; Methyl Orange

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 前言 1

1.1 课题背景 1

1.2 染料废水处理技术 1

1.3 常用的吸附剂 3

1.3.1 无机材料吸附剂 3

1.3.2 有机-无机杂化材料吸附剂 4

1.3.3 有机材料吸附剂 4

1.4 本课题的研究目的与研究内容 6

1.4.1 研究目的 6

1.4.2 研究内容 6

第二章 实验部分 7

2.1 TNPP合成 7

2.1.1 实验药品 7

2.1.2 实验仪器 7

2.1.3 实验方案 8

2.1.4 实验步骤 8

2.2 偶氮基微孔聚合物合成 9

2.2.1 实验试剂 9

2.2.2 实验仪器 9

2.2.3 实验方案 9

2.2.4 实验步骤 10

2.3 吸附试验 10

2.3.1 甲基橙吸附量的计算 10

2.3.2 微孔有机聚合物azo-1对甲基橙的吸附试验 11

第三章 结果与讨论 12

3.1 材料表征方法 12

3.2 材料表征结果与分析 13

3.2.1 官能团分析 13

3.2.2 核磁共振分析 14

3.2.3 SEM分析 14

3.2.3 BET分析 15

3.3 偶氮基微孔聚合物azo-1对甲基橙的吸附性能研究 15

3.3.1 吸附时间对吸附效果的影响 15

3.3.2 甲基橙溶液初始pH对吸附效果的影响 16

3.3.3 甲基橙溶液初始浓度对吸附效果的影响 17

第四章 结论 19

参考文献 20

致 谢 22

第一章 前言

1.1 课题背景

水是地球上万物生存的源泉，一切的生命迹象都起源于水。随着人类生产力的提高和科学技术的革新，工业工厂排出的废水已经引发了各种各样的环境问题。进入21世纪以来，染料产业迅速崛起，而且与之相关的领域非常广泛，包括纸张、化妆、涂料、塑料、橡胶等行业^[1]，这些行业在工艺过程中会产生大量含有有机染料的废水，造成了非常严重的环境污染。由于染料废水中有大量的有机物、且有颜色深、成分复杂、难以化学分解等特点，如果将其排放到河流中，即使浓度很低也会使水体的透明度大幅度下降，这直接影响到水中植被的光合作用，导致环境问题；此外，染料废水会导致某些水生生物种群不能正常繁殖，破坏生态平衡。研究表明，许多染料都含有致癌残留物，对人的身体造成慢性伤害，废水中有机染料的浓度虽然很低，但却极易与生物有机相相溶，在水生生物体内高度富集，并通过食物链最终进入人体危及人类健康^[2]。目前，在工业上应用的染料已经超过100000种，其中大部分是人工合成的复杂结构。我国是染料生产和消耗大国，产量已经达到115万吨，品种有600多种，年产量占全球的45 %，居全球首位^[3]。而且随着技术的进一步提高，这些染料的抗光照，抗氧化，抗生物降解能力越来越强，其中分散染料、活性染料、硫化染料、还原染料和酸性染料产量较大，甲基橙^[4]为有机染料化合物的主要代表，它在酸性和碱性条件下具有醌式和偶氮结构，是染料化合物的主体结构。所以，废水中的染料如果处理不好，污染将会继续扩大，从而使污水处理的难度和费用大幅度增加。因此，染料工业废水的净化处理已是当务之急 ^[5]。

1.2 染料废水处理技术

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