含季铵基离子交换纤维的合成、表征及其对Cr（Ⅵ）的吸附性能研究

论文摘要

含季铵基离子交换纤维由于其多样化的应用形式和优异的吸附性能,已被广泛地应用于元素的分离富集、资源回收与再生、环境保护、医药等方面。本研究采用商用的聚丙烯腈（PAN）为基体纤维,先与三乙烯四胺反应合成多胺基离子交换纤维（APAN）,再与缩水甘油三甲基氯化钱（GTA）发生接枝反应合成季钱基离子交换纤维（QAPAN）。通过正交试验系统地讨论了GTA用量、反应温度、反应时间、溶剂组成对季铵化反应的影响,得到优化的反应条件。利用酸碱滴定、拉断力测试、光学显微镜、红外光谱和x射线光电子能谱对合成的QAPAN纤维进行表征；同时初步研究了APAN和QAPAN纤维对水溶液中Cr（Ⅵ）的吸附性能。接枝反应的优化反应条件为：GTA的用量为5mL、反应时间为6h、反应温度为60℃和DI/DMSO=0.5:0.5。在优化条件下放大5倍合成的QAPAN纤维的总交换容量和强碱性交换容量分别为6.34 mmol/g和1.34 mmol/g。红外光谱和X射线光电子能谱结果表明,季铵基被成功地接枝到了聚丙烯腈纤维上；表面微观结构观察和机械性能测定结果证明,制备的含季铵基离子交换纤维具有良好的性能,该纤维能满足进一步的加工和应用的要求。通过静态吸附实验和动态吸附实验研究了APAN和QAPAN纤维对水溶液中Cr（Ⅵ）的吸附性能。静态吸附结果表明,QAPAN纤维在碱性条件下对Cr（Ⅵ）的吸附容量优于APAN纤维；APAN和QAPAN纤维对Cr（Ⅵ）的吸附速率很快,在5min内可达平衡,这两种纤维对Cr（Ⅵ）的最大吸附容量为224mg/g和248mg/g,吸附等温线与Langmuir等温吸附方程的吻合性较好；SO42-显著的降低了APAN和QAPAN纤维对Cr（Ⅵ）的吸附容量。动态吸附结果表明,APAN和QAPAN纤维可循环利用处理Cr（Ⅵ）废水。本研究合成的APAN和QAPAN纤维水处理工业中具有很广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 离子交换纤维
• 1.2.1 离子交换纤维的分类
• 1.2.2 离子交换纤维的制备
• 1.2.3 离子交换纤维的应用
• 1.3 季铵型强碱性阴离子交换材料研究进展
• 1.3.1 季铵型强碱性阴离子交换纤维
• 1.3.2 季铵型强碱性阴离子交换树脂
• 1.3.3 季铵型强碱性阴离子交换膜
• 1.3.4 其他材料
• 1.4 本课题的研究目标和研究内容
• 1.4.1 目前研究中存在的问题
• 1.4.2 本课题的研究目标
• 1.4.3 本课题的研究内容
• 第二章 含季铵基离子交换纤维的合成与表征
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验主要试剂与仪器
• 2.2.2 APAN和QAPAN纤维的合成
• 2.3 APAN和QAPAN纤维的结构与性能表征
• 2.3.1 交换容量
• 2.3.2 结构分析
• 2.3.3 表面形貌
• 2.3.4 力学性能
• 2.3.5 表面性质
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 反应前后纤维颜色的变化
• 2.4.2 APAN的合成工艺
• 2.4.3 QAPAN的合成工艺
• 2.4.4 结构分析
• 2.4.5 微观形貌分析
• 2.4.6 力学性能
• 2.4.7 表面性质
• 2.5 小结
• 第三章 APAN和QAPAN纤维对Cr（Ⅵ）的吸附性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验主要试剂与仪器
• 3.2.2 静态吸附试验
• 3.2.3 动态吸附实验
• 3.2.4 吸附前后的样品表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 吸附动力学
• 3.3.2 溶液pH值对吸附的影响
• 3.3.3 吸附等温线
• 3.3.4 共存阴离子对吸附的影响
• 3.3.5 动态吸附性能
• 3.3.6 吸附前后的样品表征
• 3.4 小结
• 第四章 结论与展望
• 参考文献
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果
• 致谢