银离子印迹膜的制备、表征及其吸附性能研究

论文摘要

金属离子的选择性富集和分离是化学领域中一项重要的研究工作,相比较于传统工艺,将分子印迹技术和膜分离技术相结合,制备对目标金属离子具有选择性吸附、识别作用的金属离子印迹膜,具有广阔的研究空间和发展前景。本文针对含银废液中银的选择性富集和分离问题,以银离子为模板剂、壳聚糖（CTS）和壳聚糖／聚乙烯醇共混物（CTS/PVA）为功能膜材料,在水相中分别制备了银离子印迹壳聚糖膜Ag（Ⅰ）-ⅡM1和银离子印迹壳聚糖／聚乙烯醇共混膜Ag（Ⅰ）-ⅡM2。实验考察了两种膜对Ag（Ⅰ）的吸附性能以及印迹离子用量、洗脱剂、吸附时间、Ag（Ⅰ）初始浓度、溶液pH值等因素对银离子印迹膜吸附容量的影响,利用FT-IR和UV对Ag（Ⅰ）和活性基团之间的结合机理做了初步探讨,借助SEM和AFM对膜表面形貌进行表征,同时还考察了膜的理化性能、选择性吸附能力和循环使用性能等等。研究结果表明,在Ag（Ⅰ）-ⅡM1和Ag（Ⅰ）-ⅡM2中,CTS和PVA中的N、O原子有进入Ag（Ⅰ）最外层空轨道的可能性,双方以金属配键相结合,形成较为稳定的配合物Ag（Ⅰ）-ⅡM1和Ag（Ⅰ）-ⅡM2对Ag（Ⅰ）的吸附容量均随吸附时间和Ag（Ⅰ）初始浓度的增加而不断增大,前者饱和吸附容量Qm为14.02mmol·g-1,后者饱和吸附容量Qm为22.21 mmol·g-1,相同吸附时间和Ag（Ⅰ）初始浓度下,饱和时前者吸附率X为57.94%,后者吸附率X为66.08%,因此经过共混改性,Ag（Ⅰ）-ⅡM1具有更好的吸附性能。通过正交试验确定了制备具有较大吸附容量的Ag（Ⅰ）-ⅡM2的最佳条件,当F（CTS）/V（PVA）=4 mL/6 mL, V（AgNO3）=1.2 mL, V（交联剂）=0.8 mL, w（NaOH）=1.0%时,吸附容量Q可达21.41 mmol·g-1;控制温度为70℃、时间为30 min进行热处理,得到的Ag（Ⅰ）-ⅡM2具有较好的强度和吸附容量；采用低浓度的NaOH溶液进行碱处理可以使膜材料完整脱除并具有一定的韧性和机械强度,同时该过程不影响Ag（Ⅰ）和功能单体间的结合；以Na2S2O3为洗脱剂洗脱4个小时,通过直接、间接评价,Ag（Ⅰ）的洗脱率可达70.83%；利用DSC检测得到Ag（Ⅰ）-ⅡM2的玻璃化转变温度Tg为77.85℃,热稳定性较CTS/PVA共混物有所下降,但几种高聚物间的共混相容性较好；由电镜可以明显观察到加入Ag（Ⅰ）之后膜表面呈现的凹凸不平的起伏形貌以及洗脱Ag（Ⅰ）之后留下的较为均匀、规则的孔隙。Ag（Ⅰ）-ⅡM2的亲水性较强,含水率和溶胀度分别为164.03%和77.78%,有助于水体中Ag（Ⅰ）的富集分离；Ag（Ⅰ）-ⅡM2对Ag（Ⅰ）具有优先、特异、选择性地吸附和识别作用,能够在废液中含有干扰离子的情况下进行吸附分离,并且具有一定的化学稳定性和较好的循环使用性能,是一类良好的亲水性印迹材料。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 综述
• 1.1 分子印迹技术
• 1.1.1 分子印迹技术的发展概况
• 1.1.2 分子印迹原理
• 1.1.3 分子印迹聚合物的制备
• 1.2 分子印迹膜
• 1.2.1 分子印迹膜的传质机理
• 1.2.2 分子印迹膜的制备方法
• 1.2.3 分子印迹膜的应用
• 1.3 金属离子印迹技术
• 1.3.1 金属离子印迹技术概况
• 1.3.2 金属离子印迹膜
• 1.4 现存问题及发展趋势
• 1.5 论文选题背景和研究内容
• 1.5.1 论文选题背景和意义
• 1.5.2 论文研究内容
• 1.6 实验研究创新之处和预期目标
• 1.6.1 实验研究创新之处
• 1.6.2 实验研究预期目标
• 参考文献
• 第2章 银离子印迹壳聚糖膜的制备及其吸附性能研究
• 2.1 引言
• 2.1.1 壳聚糖结构及性质
• 2.1.2 壳聚糖和金属离子的配位作用
• 2.1.3 本章研究内容
• 2.2 银离子印迹壳聚糖膜的制备
• 2.2.1 实验设备与试剂
• 2.2.2 银离子印迹壳聚糖膜的制备方法
• 2.3 银离子印迹壳聚糖膜的吸附性能及红外、紫外光谱
• 2.3.1 实验仪器
• 2.3.2 吸附性能评价指标
• 2.3.3 红外光谱分析
• 2.3.4 紫外光谱分析
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 碱处理对壳聚糖成膜性能的影响
• 2.4.2 洗脱剂对印迹离子洗脱效果的影响
• 1吸附容量的影响'>2.4.3 印迹离子用量对Ag（Ⅰ）-IIM₁吸附容量的影响
• 1吸附容量的影响'>2.4.4 吸附时间对Ag（Ⅰ）-IIM₁吸附容量的影响
• 1吸附容量的影响'>2.4.5 Ag（Ⅰ）初始浓度对Ag（Ⅰ）-IIM₁吸附容量的影响
• 2.4.6 FT-IR分析
• 2.4.7 UV分析
• 2.5 本章小结
• 参考文献
• 第3章 银离子印迹壳聚糖/聚乙烯醇共混膜的制备、表征及其理化性能检测
• 3.1 引言
• 3.1.1 聚乙烯醇结构及性质
• 3.1.2 聚乙烯醇和金属离子的配位作用
• 3.1.3 壳聚糖/聚乙烯醇共混
• 3.1.4 本章研究内容
• 3.2 银离子印迹壳聚糖/聚乙烯醇共混膜的制备
• 3.2.1 实验设备与试剂
• 3.2.2 银离子印迹壳聚糖/聚乙烯醇共混膜的制备方法
• 3.3 银离子印迹壳聚糖/聚乙烯醇共混膜的表征
• 3.3.1 实验仪器
• 3.3.2 红外光谱分析
• 3.3.3 紫外光谱分析
• 3.3.4 X射线衍射分析
• 3.3.5 扫描电镜形貌观察
• 3.3.6 原子力显微镜形貌观察
• 3.4 银离子印迹壳聚糖/聚乙烯醇共混膜理化性能检测
• 3.4.1 含水率
• 3.4.2 溶胀性
• 3.4.3 机械性能
• 3.4.4 热稳定性能
• 3.4.5 化学稳定性能
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 银离子印迹壳聚糖/聚乙烯醇共混膜的制备工艺讨论
• 3.5.2 印迹离子洗脱时间的考察
• 3.5.3 直接法评价印迹离子洗脱效果
• 3.6 银离子印迹壳聚糖/聚乙烯醇共混膜的结构和形貌
• 3.6.1 FT-IR分析
• 3.6.2 UV分析
• 3.6.3 XRD分析
• 3.6.4 SEM形貌观察
• 3.6.5 AFM形貌观察
• 3.7 银离子印迹壳聚糖/聚乙烯醇共混膜的理化性能
• 3.7.1 含水率和溶胀度
• 3.7.2 机械性能
• 3.7.3 热稳定性能
• 3.7.4 化学稳定性能
• 3.8 本章小结
• 参考文献
• 第4章 银离子印迹壳聚糖/聚乙烯醇共混膜吸附性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验仪器与试剂
• 4.2.2 吸附性能考察
• 4.2.3 选择性吸附实验
• 4.3 结果与讨论
• 2性能的影响'>4.3.1 热处理温度及时间对Ag（Ⅰ）-IIM₂性能的影响
• 2性能的影响'>4.3.2 初始涂膜厚度对Ag（Ⅰ）-IIM₂性能的影响
• 2吸附容量的影响'>4.3.3 吸附时间对Ag（Ⅰ）-IIM₂吸附容量的影响
• 2吸附容量的影响'>4.3.4 Ag（Ⅰ）初始浓度对Ag（Ⅰ）-IIM₂吸附容量的影响
• 2吸附容量的影响'>4.3.5 溶液pH值对Ag（Ⅰ）-IIM₂吸附容量的影响
• 4.3.6 选择性吸附能力
• 4.3.7 循环使用性能
• 4.4 本章小结
• 参考文献
• 第5章 结论
• 1'>5.1 银离子印迹壳聚糖膜Ag（Ⅰ）-IIM₁
• 2'>5.2 银离子印迹壳聚糖/聚乙烯醇共混膜Ag（Ⅰ）-IIM₂
• 5.3 创新点与不足之处
• 5.4 课题展望
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文