基于聚丙烯腈的新型螯合纤维的制备及其吸附性能研究

摘要

随着工业的高速发展，污染物的排放已使环境日趋恶化，给自然环境和人类健康造成了严重危害。就环境污染物而言，重金属污染尤为严重。因此，制备能够处理废水中重金属离子的高效吸附材料具有重要的意义。而螯合纤维（CF）是高效吸附材料的主要发展方向之一。 首先，本文以聚丙烯腈纤维（PANF）为基体，通过胺化反应和羧甲基化反应制得一系列新型螯合纤维。通过研究反应温度、反应时间、底物浓度等因素对功能化反应的影响确定了较优的实验条件。实验结果表明：（1）胺化反应随多胺链的增长而逐渐变得困难；（2）多胺化合物中的伯胺和仲胺基团皆可以参与胺化反应；（3）羧甲基化反应受氯乙酸浓度的影响较为显著。采用红外光谱（IR）、扫描电镜（SEM）、X-射线粉末衍射（XRD）等分析手段对制得的螯合纤维进行结构表征，并讨论了功能化反应机理。 其次，选择合适的螯合纤维为研究对象，测定了其对Cd2+的饱和吸附量，研究了pH值和吸附时间对Cd2+吸附量的影响；测定了在低浓度下对Cd2+的吸附情况并研究了该纤维的再生及重复使用问题；同时研究了该纤维对多金属混合溶液中Cd2+、Hg2+、Pb2+、Ni2+、Cu2+、Ag+、Mg2+等金属离子的吸附性能，并研究了其对实际污水中的超标重金属的吸附情况，最后探讨了该纤维吸附重金属的机理。 结果表明：（1）该纤维对Cd2+具有特别好的吸附能力，吸附速度快，饱和吸附量大；15分钟即可基本吸附饱和，饱和吸附量可达到1.337mmol／g；（2）重复使用十次以后饱和吸附量可以达到0.712mmol／g；（3）对混合金属离子溶液中的Cd2+吸附效果很好，在24小时内即可将Cd2+从0.5ppm降低至0.01ppm以下。同时对其他金属离子也有较好的吸附效果；（4）对实际污水中的Cd2+吸附效果很好，在24小时内即可将Cd2+从0.38ppm降低至0.01ppm以下。

目录

文摘

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声明

第一章绪论

1.1离子交换纤维

1.1.1离子交换纤维的发展历史与现状

1.1.2离子交换纤维的分类

1.1.3离子交换纤维的制备方法

1.1.4离子交换纤维的化学稳定性和机械性能

1.1.5离子交换纤维的吸附与交换能力

1.2螯合纤维

1.2.1螯合纤维的发展历史与现状

1.2.2螯合纤维的结构特点与功能

1.2.3螯合纤维的种类

1.3制备离子交换/螯合纤维的骨架材料

1.3.1天然纤维为骨架

1.3.2聚乙烯醇纤维为骨架

1.3.3聚烯烃为骨架

1.3.4聚氯乙烯为骨架

1.3.5聚丙烯腈为骨架

1.3.6其他新型纤维为骨架

1.4离子交换/螯合纤维的应用

1.4.1吸附气态污染物

1.4.2分离溶液中的金属离子

1.4.3高分子催化剂

1.4.4生化工程及天然产物的分离萃取

1.5课题研究内容和意义

1.5.1研究内容

1.5.2研究意义

第二章实验部分

2.1实验原料

2.2主要实验仪器

2.3实验依据与实验路线设计

2.4实验步骤

2.4.1胺化纤维(AF)的制备

2.4.2螯合纤维(CF)的制备

2.4.3吸附金属离子实验

2.5结构表征

2.5.1红外光谱表征

2.5.2表面形貌分析

2.5.3纤维表面元素分析

2.5.4纤维结晶度的测量

第三章实验结果与讨论

3.1胺化纤维(AF)的制备

3.1.1胺化反应的影响因素

3.1.2其他多胺与纤维的反应

3.2螯合纤维(CF)的制备

3.2.1羧甲基化的影响因素

3.2.2乙二胺胺化纤维羧甲基化实验

3.3结构分析与机理讨论

3.3.1扫描电镜表面形貌分析

3.3.2 X射线粉末衍射分析

3.3.3红外光谱解析与反应机理的探讨

3.4螯合纤维对金属离子的吸附性能研究

3.4.1 pH值对吸附Cd2+的影响

3.4.2吸附时间对吸附Cd2+的影响

3.4.3 Cd2+脱附实验

3.4.4螯合纤维的重复使用

3.4.5吸附混合金属离子

3.4.6吸附实际污水中金属

3.4.7螯合纤维吸附金属离子的机理探讨

第四章结论与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

附 录

致 谢