含季铵基离子交换纤维的合成、表征及其对Cr(VI)的吸附性能研究

摘要

含季铵基离子交换纤维由于其多样化的应用形式和优异的吸附性能，已被广泛地应用于元素的分离富集、资源回收与再生、环境保护、医药等方面。本研究采用商用的聚丙烯腈(PAN)为基体纤维，先与三乙烯四胺反应合成多胺基离子交换纤维(APAN)，再与缩水甘油三甲基氯化铵(GTA)发生接枝反应合成季铵基离子交换纤维(QAPAN)。通过正交试验系统地讨论了GTA用量、反应温度、反应时间、溶剂组成对季铵化反应的影响，得到优化的反应条件。利用酸碱滴定、拉断力测试、光学显微镜、红外光谱和X射线光电子能谱对合成的QAPAN纤维进行表征；同时初步研究了APAN和QAPAN纤维对水溶液中Cr（Ⅵ）的吸附性能。
　　 接枝反应的优化反应条件为：GTA的用量为5mL、反应时间为6h、反应温度为60℃和DI/DMSO=0.5:0.5。在优化条件下放大5倍合成的QAPAN纤维的总交换容量和强碱性交换容量分别为6.34mmol/g和1.34mmol/g。红外光谱和X射线光电子能谱结果表明，季铵基被成功地接枝到了聚丙烯腈纤维上；表面微观结构观察和机械性能测定结果证明，制备的含季铵基离子交换纤维具有良好的性能，该纤维能满足进一步的加工和应用的要求。
　　 通过静态吸附实验和动态吸附实验研究了APAN和QAPAN纤维对水溶液中Cr(Ⅵ)的吸附性能。静态吸附结果表明，QAPAN纤维在碱性条件下对Cr（Ⅵ）的吸附容量优于APAN纤维；APAN和QAPAN纤维对Cr(Ⅵ)的吸附速率很快，在5min内可达平衡，这两种纤维对Cr（Ⅵ）的最大吸附容量为224mg/g和248mg/g，吸附等温线与Langmuir等温吸附方程的吻合性较好；SO42-显著的降低了APAN和QAPAN纤维对Cr（Ⅵ）的吸附容量。动态吸附结果表明，APAN和QAPAN纤维可循环利用处理Cr（Ⅵ）废水。本研究合成的APAN和QAPAN纤维水处理工业中具有很广阔的应用前景。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 离子交换纤维

1.2.1 离子交换纤维的分类

1.2.2 离子交换纤维的制备

1.2.3 离子交换纤维的应用

1.3 季铵型强碱性阴离子交换材料研究进展

1.3.1 季铵型强碱性阴离子交换纤维

1.3.2 季铵型强碱性阴离子交换树脂

1.3.3 季铵型强碱性阴离子交换膜

1.3.4 其他材料

1.4 本课题的研究目标和研究内容

1.4.1 目前研究中存在的问题

1.4.2 本课题的研究目标

1.4.3 本课题的研究内容

第二章 含季铵基离子交换纤维的合成与表征

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 实验主要试剂与仪器

2.2.2 APAN和QAPAN纤维的合成

2.3 APAN和QAPAN纤维的结构与性能表征

2.3.1 交换容量

2.3.2 结构分析

2.3.3 表面形貌

2.3.4 力学性能

2.3.5 表面性质

2.4 结果与讨论

2.4.1 反应前后纤维颜色的变化

2.4.2 APAN的合成工艺

2.4.3 QAPAN的合成工艺

2.4.4 结构分析

2.4.5 微观形貌分析

2.4.6 力学性能

2.4.7 表面性质

2.5 小结

第三章 APAN和QAPAN纤维对Cr(Ⅵ)的吸附性能研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验主要试剂与仪器

3.2.2 静态吸附试验

3.2.3 动态吸附实验

3.2.4 吸附前后的样品表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 吸附动力学

3.3.2 溶液pH值对吸附的影响

3.3.3 吸附等温线

3.3.4 共存阴离子对吸附的影响

3.3.5 动态吸附性能

3.3.6 吸附前后的样品表征

3.4 小结

第四章 结论与展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢