简单芳香族小分子制备超高交联吸附树脂及其吸附性能研究

摘要

超高交联吸附树脂具有比表面积大、机械强度高、吸附选择性好和再生容易等特点，是近年来发展迅速的新型高分子吸附分离材料。目前，超高交联吸附树脂在污水处理、天然产物提纯等很多领域都得到广泛的应用。传统超高交联吸附树脂大多是St-DVB型，制备成本比较高。随着超高交联吸附树脂应用领域的进一步扩大，开发超高交联吸附树脂新的合成方法变得至关重要，本研究做了以下工作:
　　 (1)以1，4-二氯甲基苯(XDC)或4，4'-二氯甲基联苯(CMB)与苯甲醇(BA)共聚，合成了2种超高交联树脂XDC-BA和CMB-BA，并用红外、元素分析和BET法对其化学结构、比表面积及孔径分布进行了分析。结果表明，树脂XDC-BA和CMB-BA的比表面积分别达到1200.05m2/g和1028.03m2/g，平均孔径分别为1.925nm和1.918nm。
　　 (2)XDC和CMB价格较高，因此，本研究采用氯甲醚和苯、甲苯、萘等芳香小分子用一步法进行交联反应制得系列超高交联树脂，并用红外、元素分析等对树脂结构进行了表征。结果表明，所合成的树脂上残留有大量未反应的氯甲基。因此，对部分树脂进行了二次交联反应。二次交联后，树脂的比表面积在原来的基础上提高了20％-368％不等。研究表明，芳香小分子自身的分子结构和反应中芳香小分子与氯甲醚的摩尔比等因素会对树脂的比表面积产生影响。本研究所合成树脂的比表面积从41.31m2/g到974.38m2/g不等，树脂的孔径集中在1.117nm和1.925nm范围内。
　　 极性树脂和非极性树脂相比，对某些吸附质的吸附能力更强，为了得到极性的比如含氧的树脂，常常采用后修饰法，此法步骤繁琐，树脂合成成本高，且所得树脂的含氧量也比较有限。本研究用含氧的苯甲醇或苯乙醚和氯甲醚一步合成含氧的超高交联吸附树脂BA-CME和PH-CME。两种树脂的含氧量分别高达6.5％和11.91％，比表面积分别为525.00m2/g和352.45m2/g，平均孔径分别为1.123nm和1.699nm。该法具有步骤简单、合成成本低及树脂含氧量高等优点。
　　 (3)因为氯甲醚有很强的致癌性，本研究以甲醛、PCl3和1，4-丁二醇为原料合成了新的氯甲基化试剂1，4(--)二氯甲氧基丁烷。用1，4-二氯甲氧基丁烷和苯甲醇或萘一步反应制得超高交联树脂N-BC和BA-BC，并用红外、元素分析等对树脂进行了表征。结果表明，树脂N-BC和BA-BC的比表面积分别高达501.04m2/g和288.28m2/g，平均孔径分别为1.128nm和1.121nm。1，4-二氯甲氧基丁烷和氯甲醚相比具有低毒污染小的特点，本研究为超高交联吸附树脂的合成提供了新的理论基础和合成路线。
　　 (4)本研究利用XAD-4作对照，选用含氧量较高的树腊BA-CME和PH-CME及比表面积较大的树脂BE-CME和P-BE-CME对水溶液中苯胺和苯酚进行吸附性能研究。结果表明，树脂的比表面积、含氧量及孔径等是影响吸附量大小的主要因素。树脂对苯胺和苯酚的吸附量在相同条件都能达到XAD-4的2倍以上，因此，这些树脂有望在酚类和胺类废水资源化治理中得到实际应用。

目录

声明

摘要

图表清单

1．前言

1．1 吸附树脂的分类及特点

1．2 吸附树脂的合成方法

1．3 吸附树脂的结构性能表征

1．4 吸附树脂的应用

1．5 超高交联吸附树脂

1．6 超高交联吸附树脂的常用合成方法

1．7 选题的目的和设计方案

1．8 本研究的内容

2．超高交联树脂的合成及结构表征

2．1 引言

2．2 实验仪器与试剂

2．3 反应过程及树脂的表征

2．3．1 XDC和CMB与苄醇合成超高交联树脂反应机理

2．3．2 用芳香小分子和氯甲醚合成超高交联树脂反应机理

2．3．3 芳香小分子和1，4-二氯甲氧基丁烷合成超高交联树脂反应机理

2．3．4 氯甲基化试剂1，4-二氯甲氧基丁烷(BCMB)的制备

2．3．5 超高交联树脂的合成

2．3．6 树脂的结构表征

2．3．7 结果与讨论

2．4 本章总结

3．超高交联树脂对水溶液中苯酚的吸附性能研究

3．1 引言

3．2 等温吸附模型

3．3 吸附的类型

3．4 影响吸附的因素

3．5 研究课题的设想

3．6 主要研究内容和方法

3．7 实验部分

3．7．1 实验仪器与试剂

3．7．2 水溶液中苯酚的紫外吸收分析

3．7．3 树脂对苯酚的静态吸附性能研究

3．7．4 树脂对苯酚的静态动力学吸附性能研究

3．7．5 树脂吸附苯酚的脱附再生性能研究

3．7．6 树脂XAD-4的结构分析

3．8 结果与讨论

3．8．1 树脂BA-CME对水溶液中苯酚的吸附结果

3．8．2 树脂PH-CME对水溶液中苯酚的吸附性能研究结果

3．8．3 树脂BE-CME和P-BE-CME对水溶液中苯酚的吸附性能研究结果

3．9 本章小结

4．超高交联树脂对水溶液中苯胺的吸附性能研究

4．1 引言

4．2 主要研究内容和方法

4．3 实验部分

4．3．1 水溶液中苯胺紫外吸收分析

4．3．2 树脂对水溶液中苯胺的吸附性能研究

4．4 树脂吸附苯胺结果分析

4．4．1 树脂BA-CME对苯胺的吸附性能研究结果分析

4．4．2 树脂PH-CME对水溶液中苯胺的吸附性能研究

4．4．3 树脂BE-CME和P-BE-CME对水溶液中苯胺的吸附性能研究

4．5 本章小结

5．结论

参考文献

个人简历及博士期间发表论文

致谢