水溶液中聚合物——金属络合物稳定常数和配位数测定方法研究

摘要

基于溶液中络合反应平衡的化学理论基础上,结合聚合物络合超滤技术与电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术,本文建立了聚乙烯亚胺(PEI)、聚丙烯酸(PAA)与金属离子(M)形成络合物的稳定常数、平均配位数的测定方法。文中介绍了将该方法应用于测定Cd2+、Cu2+、La3+的过程,并考察了pH值对络合反应的影响。本文分为五章,具体内容如下:
　　 第一章介绍了镉(Cd)、铜(Cu)和镧(La)三种金属元素的作用与危害;讲述了聚合物络合超滤(PC-UF)技术的原理及应用,总结了PC-UF技术实际应用的几个主要影响因素;对测定聚合物金属络合物的稳定常数和平均配位数的常用方法和研究进展进行了概述。
　　 第二章中根据络合平衡反应的化学理论,建立了测定PEI、PAA与金属离子形成络合物的稳定常数和平均配位数的化学理论模型,基于所建立的化学理论模型,结合超滤和ICP-MS技术,设计了测定PEI、PAA与金属离子形成络合物的稳定常数和平均配位数的实验方法。
　　 第三章中应用第二章建立的化学理论模型,采用超滤和ICP-MS技术测定了PEI与Cd2+、Cu2+形成的络合物PEI-Cd、PEI-Cu的稳定常数和平均配位数。考察了pH值对络合反应的影响,结果表明,随pH值的增大,PEI-Cd、PEI-Cu的稳定常数有所增大,平均配位数也增大。这是由于在较高pn值条件下,PEI中胺基质子化的程度较低,有利于PEI络合金属,同时,随着pH值增大,金属与OH-形成络合物的量增多。Pn值为4.0～5.9时,PEI-Cd的稳定常数的对数值为7.08～8.96,而平均配位数为0.99～1.41;pH值为4.0～5.0时,PEI-Cu的稳定常数的对数值为9.03～9.85,而平均配位数为0.96～1.14。相同pn值条件下,PEI-Cu的稳定常数比PEI-Cd的大。最后,从理论上分析了PEI应用于海水中金属离子的分离富集时,海水中的Cl-对PEI与金属络合反应的影响。
　　 第四章中基于第二章建立的化学理论模型之上,利用超滤和ICP-MS技术测定了PAA与Cd2+、Cu2+和La3+形成的络合物的稳定常数和平均配位数。对影响络合平衡反应的因素pH值的考察结果表明,随着溶液pH值增大,PAA中解离H+的羧基含量增多,PAA-Cd、PAA-Cu和PAA-La的稳定常数略微增大、平均配位数也逐渐增大。pH值为5.0～5.9时,PAA-Cd的稳定常数的对数值为4.75～5.23,而平均配位数为0.88～1.22;pH值为4.0～5.0时,PAA-Cu的稳定常数的对数值为6.84～7.97,而平均配位数为1.06～1.24:pH值为4.5～5.5时,PAA-La的稳定常数的对数值为7.04～7.59,而平均配位数为1.16～1.31。相同pH值条件下,PAA-Cd、PAA-La和PAA-Cu的稳定常数依次增大。
　　 第五章对本研究工作进行了总结,并对将来的工作做出了展望。