有机聚合物/金属氧化物复合纤维制备及其脱色染料性能研究

摘要

采用溶液聚合法合成甲基丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸羟乙酯(HEMA)共聚物和丙烯酸丁酯-HEMA共聚物，将两者溶液以体积比为85∶15进行共混，采用湿法纺丝法纺制中空纤维(HF)。在一定温度下于硫酸水溶液中水解、高锰酸钾水溶液中氧化处理HF，将原位生成的锰氧化物通过络合作用牢牢固定于HF上，制得复合中空纤维(CHF)，并将其用于脱色阳离子蓝(CB)水溶液。结果表明，CHF具有优异的脱色能力，在30min内10mL20mg/L CB水溶液的脱色率可达95％;脱色过程中产生的O2·-可维持锰氧化物中锰价态稳定，使CHF具有了可重复使用性，重复使用5次时，CB脱色率无衰减;CHF可破坏CB分子中的碳氮双键，使其共轭结构遭到破坏，进而使染料脱色。 为减小后处理过程对HF整体结构的影响，改善HF力学性能，采用内涂覆工艺将原位生成的锰氧化物通过络合作用固定于HF内部，提升了聚（甲基）丙烯酸酯(PMA) HF对流经其内部亚甲基蓝(MB)水体的处置效果。分析共混溶液组成、水解时间和氧化时间对MB脱色效果的影响，进而确定了相对较优内涂覆工艺参数（聚合物溶液体积比为85∶15、酸水解时间为1h、高锰酸钾氧化时间为2h），制得内涂覆锰氧化物HF，并将其用于脱色MB水溶液。结果表明，未涂覆锰氧化物HF对MB的脱色率仅有10％，而涂覆后，锰氧化物强氧化作用使MB水溶液的脱色率提高至78.7％，且多次使用过程中MB脱色率仍高于10％。 内涂覆可实现锰氧化物在HF内表面、甚至内部的负载，但PMA纺丝成形时难以形成连通孔洞，所得HF仅能利用内表面，而不能利用侧壁微孔脱色染料水体，为实现HF到中空纤维膜(HFM)的转变，以聚丙烯腈替代PMA纺制侧壁具有连通孔洞结构的HFM，采用内涂覆工艺制备Fe/Mn氧化物/聚丙烯腈复合中空纤维膜(CHFM)，并将其用于催化H2O2氧化脱色MB水溶液。结果表明，当添加有H2O2的MB水溶液通过膜侧壁时，MB脱色率高达97.4％，且重复15个循环后，MB脱色率依然达92.5％;对于未复合金属氧化物的聚丙烯腈HFM，随重复次数的增加，MB脱色率由94.9％降低至7.9％。在分析改性和未改性HFM脱色MB性能、总有机碳变化以及UV-Vis谱图基础上，阐明了MB脱色机理，CHFM可作为非均相Fenton催化反应器催化H2O2分解产生活性氧物种，进而将MB氧化分解成小分子、CO2和H2O，使其脱色。

目录

声明

摘要

第一章前言

1．1染料废水概况及处理方法

1．2(甲基)丙烯酸酯类聚合物在染料废水处理领域的应用

1．3聚丙烯腈的改性概况

1．3．1共混改性

1．3．2表面改性

1．3．3聚丙烯腈基材料在染料废水处理领域的应用

1．4金属粒子／聚合物间的相互作用

1．4．1金属粒子概述

1．4．2络合作用

1．4．3协同作用

1．5本文研究目的及意义

1．6本文主要研究内容

第二章锰氧化物／聚(甲基)丙烯酸酯复合中空纤维结构与性能研究

2．1引言

2．2实验部分

2．2．1实验试剂及仪器

2．2．2中空纤维制备

2．2．3复合中空纤维制备

2．3测试与表征

2．3．1形貌观察

2．3．2 FTIR测试

2．3．3 Raman测试

2．3．5 XPS测试

2．3．6锰氧化物负载率测试

2．3．9染料脱色率及重复使用性测试

2．4结果与讨论

2．4．1中空纤维性质

2．4．2脱色机理分析

2．4．3重复使用性及稳定性

2．5本章小结

第三章内涂覆锰氧化物聚(甲基)丙烯酸酯中空纤维结构与性能研究

3．1引言

3．2实验部分

3．2．1实验试剂及仪器

3．2．2中空纤维制备

3．2．3内涂覆锰氧化物中空纤维制备

3．3测试与表征

3．3．1染料脱色率

3．3．2形貌观察

3．3．3 XPS测试

3．4．1内涂覆工艺优化

3．4．2内涂覆中空纤维形貌

3．4．3内涂覆中空纤维表征

3．4．4亚甲蓝染料脱色机理分析

3．5本章小结

第四章Fe／Mn氧化物／聚丙烯腈复合中空纤维膜结构与性能研究

4．1引言

4．2实验部分

4．2．1实验药品及仪器

4．2．2 PAN中空纤维膜制备

4．2．3 Fe／Mn氧化物／PAN复合中空纤维膜制备

4．3测试与表征

4．3．1形貌观察

4．3．2 FTIR测试

4．3．3 XPS测试

4．3．4 EDX测试

4．3．5孔径分布测试

4．3．6孔隙率测试

4．3．7纯水通量测试

4．3．8 MB截留测试

4．3．9 ICP-OES测试

4．3．10 TOC测试

4．4结果与讨论

4．4．1中空纤维膜形貌

4．4．2中空纤维膜化学基团

4．4．3中空纤维膜表面元素

4．4．4改性对染料脱色性能的影响

4．4．5亚甲基蓝脱色机理分析

4．5本章小结

第五章全文结论

参考文献

硕士期间发表论文和参加科研情况说明

致谢