氨基乙酸型螯合纳米纤维的研制

摘要

随着工业的迅速发展，重金属污染问题日益严重。因此，研究高效、快速的重金属污染治理技术具有重要意义。纳米螯合纤维是一种新型重金属离子吸附材料，因具有比表面积大、孔隙率高、吸附速率快、可再生性好、易与液相分离等独特优点而得到广泛研究。通过合成氨基乙酸型高分子，探索其高压静电纺丝可行性，详细考察了高压静电纺丝条件与纳米纤维的形貌关系，并进一步探究了预交联和交联条件对纳米纤维形貌、溶胀性和溶失率的影响，考察了纳米纤维吸附热力学、动力学等性能。
　　本研究主要内容包括：⑴合成的氨基乙酸型高分子自身不具备高压静电纺丝的性能，只能通过混纺方式实现高压静电纺丝。较理想的混纺液由PVA-1799(A)、PVA-1788(B)、氨基乙酸型高分子(C)三种成分组成，各成分的质量比为1:2:2，且混纺液由10wt％PVA-1799(A)，15wt%PVA-1788(B)和30wt%氨基乙酸型高分子(C)溶液混合制备。⑵正交试验对高压静电纺丝条件优化结果显示：纺丝电压24kV、流速0.5ml/h、接收距离8.0cm的条件时，纤维形貌良好，其平均直径为150nm±77nm。⑶氨基乙酸型纳米纤维的交联条件研究表明：在35℃下，采用戊二醛蒸汽预交联的最佳时间为18 h，预交联后仍能保持良好的纳米纤维形貌；环氧氯丙烷二次交联条件为：溶液浓度为20%，交联剂溶液pH为3，反应温度40℃，时间4h，在此条件下交联的纤维仍能保持蓬松的纳米纤维状，其纤维直径为250±99nm。⑷红外光谱分析表明：戊二醛、环氧氯丙烷均能有效地交联纤维，使纤维结构趋于稳定。交联纤维的溶失率从68.67%大幅度降低至4.28%。⑸模拟重金属废水吸附实验表明：纤维的吸附性能与溶液pH有关系，纤维对铜离子和铅离子的最佳吸附pH分别为3.0和5.5。⑹氨基乙酸型纳米纤维膜对 Cu2+和 Pb2+的吸附动力学符合准二级吸附动力学模型。其中，在pH=3.0，初始浓度为50 mg/L的Cu2+溶液中，在30 min基本可达到吸附平衡；在pH=5.5，相同初始浓度的Pb2+溶液中，约50min可达到吸附平衡。⑺纳米纤维膜对Cu2+和Pb2+吸附率虽然随着金属离子的初始浓度的升高而有所降低，但是吸附容量呈增加趋势，并且纤维对Cu(II)和Pb(II)的吸附过程均符合Langmiur等温吸附模型；同时，纳米纤维膜对Cu2+和Pb2+的吸附效率受到温度的影响，随着温度增加而有所增强，在温度40℃时，纤维对Cu2+的吸附率可达93.08%，对Pb2+的吸附率达96.69%。⑻经五次循环吸附/解析后，氨基乙酸型纳米纤维膜对Cu(II)和Pb(II)的吸附率有所降低，其吸附率约为初次吸附率的90%，表明该纳米纤维具有一定的再生循环使用特性。

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1 绪 论

1.1 前言

1.2 重金属污染治理技术概况

1.3 纳米吸附剂

1.4 纳米螯合纤维的制备

1.5课题的研究内容

2 氨基乙酸高分子的合成

2.1 前言

2.2实验部分

2.3结果与讨论

2.4本章小结

3 氨基乙酸高分子的可纺性

3.1前言

3.2实验部分

3.3结果与讨论

3.4本章小结

4 氨基乙酸型纳米纤维膜的制备

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5 氨基乙酸型纳米纤维膜的交联

5.1前言

5.2 实验部分

5.3结果与讨论

5.4本章小结

6 氨基乙酸型纳米纤维膜吸附行为

6.1前言

6.2 实验部分

6.3结果与讨论

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 后续工作展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录