改性聚醚砜亲合膜对磷酸盐和亚磷酸盐吸附性能的研究

摘要

本研究以聚醚砜、N-N二甲基乙酰胺和二乙烯三胺为主要试剂，采用化学接枝/相转移技术，制备了改性聚醚砜亲合膜，开展了其吸附去除水溶液中的磷酸盐和亚磷酸盐的研究。采用扫描电镜(SEM)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、光电子能谱（XPS）、核磁共振(NMR)表征了其组织形态、化学组成和官能基团。
　　课题实施中，探讨了pH值、温度、溶液初始浓度、反应时间以及共存阳离子Ni(II)、Ca(II)、Mg(II)，共存阴离子SO42-、Cl-对改性聚醚砜亲合膜吸附磷酸盐和亚磷酸盐性能的影响，用动力学和热力学分析了其吸附磷酸盐和亚磷酸盐的行为。结果表明，Ca(II)、Mg(II)对可以促进磷酸盐的吸附，影响顺序分别为：Ca(II)>Mg(II)，Cl–和SO42–则干扰磷酸盐的吸附，且Cl–的干扰作用小于SO42–；亲合膜吸附磷酸盐的吸附动力学和热力学行为，可以由准二级动力学方程和Langmuir等温吸附方程描述，此过程是一个自发的吸热反应。此外，研究表明：共存阳离子Ni(II)、Ca(II)减弱了亲合膜吸附亚磷酸盐的性能，其干扰作用为：Ca(II)>Ni(II)。与吸附磷酸盐相同，Cl–和SO42–也干扰亚磷酸盐的吸附，且干扰作用排序为Cl–　　本文还应用DFT理论模拟从分子水平揭示了改性聚醚砜亲合膜对磷酸盐和亚磷酸盐的吸附特性和共存离子对其吸附性能的内在影响。结果表明，质子化的DETA-PES亲合膜对磷酸盐和亚磷酸盐的亲合力要强于Cl–、SO42–，这可归因于磷酸盐、亚磷酸盐和(DETA-PES-Hn)+间的电荷转移数要大于Cl–、SO42–与(DETA-PES-Hn)+间的电荷转移数，并且其吸附过程具有更负的吸附能和吸附吉布斯自由能。共存Ca(II)、Mg(II)可与DETA-PES亲合膜发生螯合配位作用，[M(II)(DETA-PES-Hn)]3+与磷酸盐、亚磷酸盐之间的电荷转移数比(DETA-PES-Hn)+-H2PO4–(H2PO3–)更大，且该吸附体系吸附能和吸附吉布斯自由能更负。