氨基功能高分子复合材料的合成、表征及其对水中磷酸盐的吸附研究

摘要

本文通过聚合开环反应得到氨基功能化高分子复合材料(amino-functionalized polymermaterials)。通过改变合成过程中功能单体缩水甘油基甲基丙烯酸酯(GMA)的用量、交联剂二乙烯苯(DVB)的用量、共聚单体苯乙烯(St)的用量、有机胺种类、磁核(Fe3O4)的用量等合成了6个系列22种氨基功能化高分子复合材料(NH2-PMs)。并采用透射电子显微镜(TEM)、振动样品磁强计(VSM)、元素分析仪(EA)、X-射线粉末衍射仪(XRD)、红外光谱仪(FTIR)、X-射线光电子能谱仪(XPS)等对所合成材料的形貌、性能、组成、结构进行表征。结果表明:所合成材料的平均粒径为0.5～1.0μm呈球形颗粒。系统研究了这些高分子复合材料对磷酸盐的吸附性能，并深入考察了溶液pH值、吸附时间、吸附温度、初始浓度及离子强度等因素对氨基功能化高分子复合材料吸附性能的影响;结合吸附磷酸盐前后材料结构与组成的变化，探讨了该类材料对磷酸盐的吸附机理。结果表明:溶液的pH值对氨基功能化高分子复合材料的吸附性能影响较大，随着溶液pH值的增大，材料对磷酸盐的吸附量先增大并达到最大值，后逐渐降低并趋于平稳，在pH2.5～3.0时最佳;动力学研究表明材料对磷酸盐的吸附在30分钟即可达到吸附平衡，符合准二级吸附速率方程;热力学研究表明材料对磷酸盐的吸附过程为自发放热的熵减过程;随磷酸盐初始浓度的增大，材料对磷酸盐的吸附量逐渐增大，并逐渐趋于饱和，符合Langmuir吸附模型，可能为单分子层吸附;溶液中离子强度越大，越不利于材料对磷酸盐的吸附。结合表征推测，氨基功能化高分子复合材料对磷酸盐的吸附以静电吸引力为主。材料的脱附与循环利用实验表明，5次重复使用后，材料对磷酸盐的吸附率仍可达79～89％，可实现材料的循环使用。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 文献综述

1．1 磷的性质和用途、来源与水体富营养化

1．1．1 磷的性质和用途

1．1．2 水体中磷的来源

1．1．3 水体富营养化

1．2 常用的除磷方法

1．2．1 化学沉淀法

1．2．2 生物除磷法

1．2．3 离子交换法

1．2．4 结晶法

1．2．5 反硝化除磷

1．2．6 吸附法

1．3 功能性纳米高分子复合材料的研究进展

1．3．1 高分子复合材料的功能化

1．3．2 功能高分子复合材料的合成方法

I．3．3 功能性高分子复合材料的表征

1．3．4 功能性高分子复合材料的应用

1．4 选题意义与研究内容

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究方法

1．4．3 研究内容

第二章 氨基功能化高分子复合材料的合成与表征

2．1 实验试剂与仪器

2．1．1 实验试剂

2．1．2 实验仪器

2．2 实验试剂与仪器

2．2．1 氨基功能化高分子复合材料的合成

2．2．2 氨基功能化磁性高分子复合材料的合成

2．2．3 氨基功能化高分子复合材料的表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 透射电子显微镜表征(TEM)

2．3．2 磁性能分析(VSM)

2．3．3 X-射线粉末衍射分析(XRD)

2．3．4 含氮量分析(EA)

2．3．5 红外光谱分析(FTIR)

2．3．6 X-射线光电子能谱分析(XPS)

2．4 本章小结

第三章 氨基功能化高分子复合材料对水中磷酸盐的吸附性能研究

3．1 实验试剂与仪器

3．1．1 实验试剂

3．1．2 实验仪器

3．2 吸附实验

3．3 结果与讨论

3．3．1 合成过程中共聚单体St用量对其吸附性能的影响

3．3．2 合成过程中功能单体GMA用量对其吸附性能的影响

3．3．3 合成过程中交联剂DVB用量对其吸附性能的影响

3．3．4 合成过程中有机胺种类对其吸附性能的影响

3．3．5 合成过程中引入磁核对其吸附性能的影响

3．3．6 合成过程中不同共聚单体St，MMA对其吸附性能的影响

3．4 本章小结

第四章 氨基功能化高分子复合材料对水中磷酸盐的吸附机理研究

4．1 实验试剂与仪器

4．1．1 实验试剂

4．1．2 实验仪器

4．2 吸附实验

4．3 结果与讨论

4．3．1 溶液pH值对吸附性能的影响

4．3．2 吸附动力学研究

4．3．3 吸附热力学研究

4．3．4 饱和吸附量的测定和等温吸附模型

4．3．5 离子强度的影响

4．3．6 材料吸附磷酸盐前后IR，XPS表征对比

4．4 本章小结

第五章 氨基功能化高分子复合材料的脱附和循环利用

5．1 实验试剂与仪器

5．1．1 实验试剂

5．1．2 实验仪器

5．2 实验内容

5．3 结果与讨论

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士期间科研成果

作者简介