巯基改性聚砜螯合性亲和膜色谱的制备及其除汞研究

摘要

该文以聚砜为起始膜材料,通过物理改性和化学改性,用相转化法制备出可用于除汞的巯基螯合性亲和膜色谱,确定了最佳除汞工艺条件,并建立了该膜色谱除汞的数学模型.通过探讨共混比例、巯基螯合树脂颗粒粒径、铸腊液温度及凝固浴组成等对膜结构的影响,确定了最佳制膜工艺,用相转化法制备出对Hg<'2+>具有较大螯合容量的异相巯基螯合树脂/聚砜共混螯合性平板亲和膜色谱.研究了巯基螯合树脂颗粒粒径、盐溶液pH值和盐溶液浓度对异相平板亲和膜色谱对Hg<'2+>螯合吸附量的影响.发现高巯基螯合树脂含量会使异相平板膜色谱产生界面微孔,有利于提高膜色谱的水通量,但使膜色谱的机械性能有所降低.高pH值,高盐溶液浓度和小的巯基螯合树脂粒径均有利于提高异相亲和膜色谱对Hg<'2+>的吸附速率和吸附容量.异相亲和膜色谱对Hg<'2+>的吸附行为满足Freundlich吸附等温式.对异相亲和膜色谱进行动态螯合吸附测试表明,该膜色谱对Hg<'2+>可实现萃取与反萃取同步进行.对CMPSF平板基质膜进行硫脲化及碱性条件下水解,合成了对Hg<'2+>具有大螯合容量的均相巯基螯合性平板亲和膜色谱.该均相膜色谱对Hg<'2+>的最大静态螯合容量为398μg/cm<'2>.memb.探讨了CMPSF平板基膜性质及硫脲化反应条件对螯合容量的影响,研究了均相膜色谱对Hg<'2+>的螯合吸附速率及盐溶液pH值对螯合容量的影响.对异相巯基螯合树脂/聚砜共混铸膜体系和均相巯基改性聚砜铸膜体系的可纺性进行了分析、比较.实验结果表明,异相铸膜体系成纤困难;均相铸膜体系具有良好的可纺性能.对CMPSF/DMAC/添加剂纺丝铸膜液的流变性能进行了研究.采用CMPSF中空纤维基质膜为螯合基团(-SH)载体,通过硫脲化反应及碱性条件下水解反应,制备巯基螯合性中空纤维亲和膜色谱.为了阐明巯基螯合性亲和膜色谱吸附Hg<'2+>机理,优化膜色谱除汞工艺参数,给螯合性亲和膜色谱的设计,放大提供理论依据,该文建立了巯基螯合性亲和膜色谱界面螯合Hg<'2+>模型和巯基螯合性中空纤维亲和膜色谱吸附Hg<'2+>的过程动力模型,并用实验进行了验证.

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1亲和膜色谱的发展历史及研究现状

1.1.1亲和膜色谱技术产生的背景

1.1.2亲和膜色谱分离的基本原理

1.1.3亲和膜色谱的制备

1.1.4亲和膜色谱的应用

1.1.5亲和膜色谱分离模型和理论研究

1.1.6亲和膜色谱分离技术的展望

1.2重金属汞(Hg)及其污染物

1.3本课题研究的内容及意义

第二章异相巯基树脂/聚砜螯合性平板亲和膜色谱的研究

2.1实验部分

2.1.1原料及试剂

2.1.2主要仪器

2.1.3异相巯基树脂/PSF螯合平板亲和膜色谱的制备

2.1.4扫描电子显微镜(SEM)观察

2.1.5异相膜色谱性能评价

2.1.6溶液中Hg2+含量的测定采用双硫腙法

2.1.7异相膜色谱对Hg2+萃取与反萃取测试

2.2结果与讨论

2.2.1成膜材料及溶剂的选择

2.2.2巯基螯合树脂含量对异相膜色谱结构的影响

2.2.3不同巯基螯合树脂含量的异相膜色谱的形态结构

2.2.4巯基螯合树脂颗粒粒径对异相膜色谱结构的影响

2.2.5铸膜液温度对异相膜色谱结构的影响

2.2.6凝固浴组成对异相膜色谱结构的影响

2.2.7膜厚对异相膜色谱结构的影响

2.2.8巯基螯合树脂含量对异相膜色谱的力学性能影响

2.2.9巯基螯合树脂颗粒粒径对异相膜色谱螯合吸附量的影响

2.2.10盐溶液浓度对异相膜色谱螯合吸附量的影响

2.2.11盐溶液pH值对异相膜色谱螯合吸附量的影响

2.2.12异相膜色谱对Hg2+萃取与反萃取

2.3小结

第三章均相巯基改性聚砜螯合性平板亲和膜色谱的研究

3.1实验部分

3.1.1原料及试剂

3.1.2主要仪器

3.1.3氯甲基化聚砜(CMPSF)的合成

3.1.4 CMPSF氯含量的测定

3.1.5 CMPSF平板膜的制备

3.1.6均相巯基改性聚砜螯合性平板膜色谱的制备

3.1.7均相巯基改性聚砜膜色谱的红外光谱测试

3.1.8均相巯基改性聚砜膜色谱的扫描电子显微镜(SEM)测试

3.1.9均相巯基改性聚砜膜色谱结构测定

3.1.10均相巯基改性聚砜膜色谱对Hg2+的螯合吸附性能测试

3.1.11溶液中Cu2+，Hg2+及Fe3+含量的测定

3.1.12均相巯基改性聚砜螯合性亲和膜色谱对Hg2+截留率的测定

3.2结果与讨论

3.2.1 CMPSF的合成

3.2.2均相巯基改性聚砜膜的红外光谱分析

3.2.3铸膜液的热力学条件对CMPSF膜结构的影响

3.2.4非溶剂添加剂对成膜动力学因子De的影响

3.2.5制膜液中水含量对成膜动力学因子De的影响

3.2.6凝固条件对CMPSF膜结构的影响

3.2.7 CMPSF基质膜性质对膜色谱螯合性能的影响

3.2.8 CMPSF基质膜硫脲化条件对膜色谱螯合性能的影响

3.2.9膜厚度对膜色谱螯合容量的影响

3.2.10螯合反应条件对膜色谱螯合容量的影响

3.2.11均相巯基改性聚砜膜色谱对Hg2+的动态截留与洗脱

3.3小结

第四章CMPSF中空纤维基质膜的纺制研究

4.1实验部分

4.1.1主要仪器及设备

4.1.2 CMPSF纺丝制膜液的配制

4.1.3 CMPSF纺丝制膜液流动曲线的测定

4.1.4 CMPSF中空纤维基质膜的制备

4.1.5 CMPSF中空纤维基质膜的力学性能测试

4.1.6 CMPSF中空纤维基质膜膜结构测试

4.1.7 CMPSF中空纤维基质膜的环境扫描电镜(ESEM)测试

4.2结果与讨论

4.2.1 CMPSF纺丝铸膜液流变性能的研究

4.2.2 CMPSF中空纤维基质膜的形态结构

4.2.3纺丝原液组成对中空纤维基质膜结构的影响

4.2.4纺丝工艺参数对CMPSF中空纤维基质膜膜结构的影响

4.3小结

第五章巯基螯合性中空纤维亲和膜色谱的制备及其除Hg2+

5.1实验部分

5.1.1主要仪器设备

5.1.2巯基螯合性中空纤维亲和膜色谱的制备

5.1.3巯基螯合性中空纤维亲和膜色谱组件的组装

5.1.4巯基螯合性中空纤维亲和膜色谱对流动相中Hg2+的去除

5.2结果与讨论

5.2.1巯基螯合性中空纤维亲和膜色谱制备的最佳工艺

5.2.2巯基螯合性中空纤维亲和膜色谱对Hg2+的等温吸附方程

5.2.3流动相参数对螯合中空纤维亲和膜色谱除汞性能的影响

5.2.4操作参数对膜色谱除Hg2+性能的影响

5.3小结

第六章巯基螯合性亲和膜色谱除汞理论模型

6.1巯基亲和膜色谱界面螯合Hg2+模型

6.1.1膜色谱界面螯合Hg2+模型的基本概念和假设

6.1.2巯基亲和膜色谱界面螯合Hg2+模型的建立

6.1.3巯基亲和膜色谱界面螯合Hg2+的实验验证

6.2巯基中空纤维亲和膜色谱界面螯合Hg2+的动力学模型

6.2.1巯基中空纤维亲和膜色谱界面螯合Hg2+的动力学模型的建立

6.2.2巯基中空纤维亲和膜色谱界面螯合Hg2+动力学模型的实验验证

6.3 小结

第七章结论

参考文献

致谢

攻读博士学位期间发表的科研论文

作者简介

天津工业大学研究生学位论文附件（随论文附）