聚苯硫醚基强碱离子交换纤维的制备与性能研究

论文摘要

离子交换纤维（Ion Exchange Fiber,IEF）是一类具有离子交换与吸附分离功能的新型环境意识材料。它具有诸多传统颗粒状离子交换材料所无法比拟的优点。强碱离子交换纤维在超纯水制备、空气净化、重金属和生物大分子的提取以及非均相催化剂载体等方面有着广泛的应用前景。但是强碱离子交换纤维的制备方法有限,制备过程也相对复杂,从而严重制约了强碱离子交换纤维的工业生产和大规模应用。本文以商业化聚苯硫醚纤维为基本骨架,通过对其主链苯环的氯甲基化和季铵化两步法制备一种具有高交换容量、良好化学和热稳定性的强碱离子交换纤维。本强碱离子交换纤维的制备工艺避免了传统工艺中的辐照接枝技术,大大减低了成本,简化生产步骤,为工业化生产提供方便。用SEM、FT-IR、TG-DTG.元素分析以及化学滴定等手段对本纤维的化学结构、热稳定性、化学稳定性以及交换容量进行了表征。结果表明,聚苯硫醚基强碱离子交换纤维有较高的交换容量（3.51 mmol/g）,其官能团在200℃以下几乎没有分解,具有很好的热稳定性,其骨架在500℃以上才有缓慢的分解。纤维在酸性溶液中有很好的稳定性,经过5 mol/L HCl溶液在50℃下浸泡24h,纤维的交换容量保持不变,纤维经过10%H2O2在50℃下处理24h,交换容量仅损失7.2%,说明纤维的抗氧化能力很强。纤维在常温下对低浓度1 mol/L NaOH溶液也有很好的稳定性。本纤维对水溶液中六价铬离子有很好的吸附性能,纤维在pH为1-12的范围内对六价铬都能有效的吸附,当pH=3.5,100mg/L的铬溶液中,纤维的最大交换容量可达166.39mg/g,纤维对六价铬离子有卓越的吸附速率,当初始铬浓度100mg/L时,20min左右就能达到吸附平衡。吸附饱和的纤维可以被0.5mol/LNaOH和NaCl混合溶液有效的洗脱并再生,解吸率高达98%以上,重复使用六次后,纤维的吸附量损失仅为最大吸附量的4.1%。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图表清单
• 1 绪论
• 1.1 离子交换纤维简介
• 1.2 离子交换纤维的研究进展
• 1.3 离子交换纤维的制备方法
• 1.3.1 直接功能化法
• 1.3.2 接枝共聚-功能化法
• 1.3.3 共混或共聚物成纤-功能化法
• 1.3.4 其他方法制备离子交换纤维
• 1.4 离子交换纤维的性能
• 1.4.1 交换容量
• 1.4.2 交换动力学
• 1.4.3 选择性
• 1.4.4 化学稳定性
• 1.4.5 力学性能
• 1.5 离子交换纤维的应用范围
• 1.5.1 废水处理及净化
• 1.5.3 气体中酸性和碱性有害物质的净化
• 1.5.2 稀有和贵金属的提取
• 1.5.4 在分析测试方面的应用
• 1.5.5 生物物质的吸附分离
• 1.5.6 药物的吸附和释放
• 1.6 本课题选题意义
• 2 聚苯硫醚基强碱离子交换纤维的制备
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂与仪器
• 2.2.2 聚苯硫醚基强碱离子交换纤维的制备
• 2.2.3 QAPPS纤维的结构表征
• 2.2.4 QAPPS纤维化学稳定性测定
• 2.2.5 QAPPS纤维交换容量的测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 合成机理探讨
• 2.3.2 聚苯硫醚基强碱离子交换纤维的合成
• 2.3.3 纤维的红外谱图分析
• 2.3.4 扫描电镜分析
• 2.3.4 元素分析
• 2.3.5 热稳定性分析
• 2.3.6 纤维化学稳定性分析
• 2.4 本章小结
• 3 强碱离子交换纤维QAPPS对六价铬的吸附性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂与仪器
• 3.2.2 六价铬离子的测定方法
• 3.2.3 纤维吸附量的计算公式
• 3.2.4 强碱离子交换纤维QAPPS对六价铬的吸附实验
• 3.2.5 纤维的再生与重复利用
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 pH值对纤维吸附性能的影响
• 3.3.2 纤维对Cr（Ⅵ）的吸附动力学
• 3.3.3 纤维对Cr（Ⅵ）的吸附等温线
• 3.3.4 纤维用量对吸附量的影响
• 3.3.5 热力学参数
• 3.3.6 纤维的再生与重复利用
• 3.4 本章小结
• 4 结论与展望
• 参考文献
• 个人简历及硕士期间发表论文
• 致谢