聚间苯二胺的合成及其吸附硫酸根离子的特性研究

论文摘要

硫酸根废水主要来源于冶炼和化工等行业,排放量大,浓度高,不仅危害生态环境,而且影响工业生产。目前迫切需要开发高效的治理技术。本文以间苯二胺为单体,过硫酸铵为氧化剂,通过化学氧化聚合,得到一类具有共轭结构的新型聚间苯二胺吸附材料,系统考察了不同因素对合成反应的影响；研究了合成产物对水体中硫酸根吸附性能,并通过FTIR, XPS等表征手段及分子最小化能量计算,对吸附及解吸机理进行了探索。同时结合聚合机制分析,提出氧化聚合酸碱调控法（OPab法）,对聚合工艺进行了改进。主要成果如下：（1）聚间苯二胺研制结果表明,聚间苯二胺的产率、氧化程度和水溶性受氧化剂的种类、氧化剂与单体物质的量比及聚合体系初始pH影响很大。其中,过硫酸铵作氧化剂可制备高产率和低水溶性的聚间苯二胺；减小氧化剂与单体物质的量比会降低产物产率及其氧化程度；而提高聚合体系初始pH会提高产物产率但会降低其氧化程度。（2）系统研究了聚间苯二胺的硫酸根吸附性能,聚间苯二胺可脱除溶液中近99.8%的硫酸根离子,而其吸附量达107.9 mg·g-1。聚间苯二胺吸附硫酸根能力随其氧化程度的下降而升高。溶液初始pH值越低硫酸根吸附效果越好。在五次吸附-解吸循环利用实验中,聚间苯二胺性能无衰减趋势,其累积的硫酸根吸附量高达487.95mg·g-1。（3）硫酸根吸附机理研究表明,当溶液初始pH>3,吸附作用主要为物理吸附。而当pH<3时,聚间苯二胺主要依靠亚胺基团的质子化作用（或掺杂）吸附硫酸根离子；其中,醌式亚胺被质子化后部分转变为质子化态的苯式仲胺参与吸附。解吸时加入碱性溶液可中和参与掺杂的质子酸,实现高效地再生聚间苯二胺。（4）基于聚合反应中单体和氧化剂的反应活性对pH的响应,提出了聚间苯二胺合成新方法：氧化聚合酸碱调控法（OPab法）。OPab法通过同步加入一定浓度的氧化剂和NaOH溶液制备高产率及低氧化程度的聚间苯二胺。NaOH溶液用于调控聚合反应pH进而控制单体和氧化剂活性。其中,加2 mol.L-1 NaOH溶液制备的聚间苯二胺（命名为PmPD（NaOH2））产率高且吸附性能提升幅度大。PmPD（NaOH2）的硫酸根吸附量高达125 mg·g-1,而银离子吸附量可达1886 mg·g-1。（5）基于分子能量最小化计算及分子稳定性,探讨了氧化程度与吸附性能的关系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 文献综述
• 1.1 引言
• 1.2 硫酸盐废水的来源与危害
• 1.2.1 硫酸盐废水的来源
• 1.2.2 硫酸盐废水的危害
• 1.3 硫酸盐废水治理的技术研究现状
• 1.3.1 物理法
• 1.3.2 化学沉淀法
• 1.3.3 生物法
• 1.3.4 物理化学法
• 1.4 芳香胺聚合物吸附剂的研究现状
• 1.5 本文研究目的和思路
• 第二章 聚芳香胺吸附剂的筛选
• 2.1 聚芳香胺合成原理
• 2.2 实验方法
• 2.2.1 试剂
• 2.2.2 仪器
• 2.2.3 聚苯胺的合成过程
• 2.2.4 聚对苯二胺的合成过程
• 2.2.5 聚间苯二胺的合成过程
• 2.2.6 聚邻苯二胺的合成过程
• 2.2.7 聚联苯胺的合成过程
• 2.2.8 硫酸根离子检测方法
• 2.2.9 吸附方法
• 2.2.10 分析检测方法
• 2.3 聚芳香胺的收率与溶解性定性分析
• 2.4 产物结构表征
• 2.5 产物对硫酸根离子的吸附性能
• 2.6 聚芳香胺应用潜力分析
• 2.7 小结
• 第三章 聚间苯二胺的合成及聚合机理初探
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂
• 3.2.2 仪器
• 3.2.3 聚间苯二胺的合成过程
• 3.2.4 分析检测方法
• 3.3 反应条件对聚间苯二胺合成的影响研究
• 3.3.1 氧化剂种类
• 3.3.2 氧化剂与单体物质的量比
• 3.3.3 聚合体系初始pH
• 3.4 聚间苯二胺的结构表征
• 3.5 氧化程度对硫酸根离子吸附的影响
• 3.6 聚合机理的探讨
• 3.7 小结
• 第四章 聚间苯二胺对硫酸根离子的吸附性能研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验方法
• 4.2.1 试剂与仪器
• 4.2.2 吸附方法
• 4.2.3 解吸方法
• 4.2.4 硫酸根离子分析方法
• 4.2.5 分析检测方法
• 4.3 吸附性能影响因素研究
• 4.3.1 初始pH值对硫酸根离子吸附的影响
• 4.3.2 投加量对硫酸根离子吸附的影响
• 4.3.3 反应时间对硫酸根离子吸附的影响
• 4.3.4 初始浓度对硫酸根离子吸附的影响
• 4.4 吸附-解吸循环利用研究
• 4.5 吸附-解吸机理探讨
• 4.6 氧化程度与吸附性能关系的讨论
• 4.7 小结
• ab法)合成研究'>第五章 聚间苯二胺的化学氧化聚合酸碱调控法(OP_ab法)合成研究
• 5.1 引言
• 5.2 化学氧化聚合法的新思路
• 5.3 实验方法
• 5.3.1 试剂与仪器
• 5.3.2 聚间苯二胺的合成过程
• 5.3.3 分析检测方法
• 5.3.4 溶解性测试
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 聚间苯二胺合成过程的电化学分析
• 5.4.2 聚间苯二胺氧化度分析
• 5.4.3 聚间苯二胺收率分析
• ab法对比分析'>5.4.4 降低量比法与OP_ab法对比分析
• 5.5 聚间苯二胺分子排列状态
• 5.6 聚间苯二胺比表面积
• 5.7 聚间苯二胺热稳定性
• 5.8 聚间苯二胺溶解性
• 5.9 小结
• ab法)合成聚间苯二胺的吸附性能研究'>第六章 酸碱调控法(OP_ab法)合成聚间苯二胺的吸附性能研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验方法
• 6.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 仪器
• 6.2.2 标准溶液配制
• 6.2.3 硫酸根离子分析方法
• 6.2.4 银离子分析方法
• 6.2.5 吸附方法
• 6.3 聚间苯二胺对硫酸根离子吸附性能的影响因素研究
• 6.3.1 聚间苯二胺氧化程度
• 6.3.2 初始浓度
• 6.4 聚间苯二胺对银离子吸附性能研究
• 6.4.1 初始pH值对银离子离子吸附的影响
• 6.4.2 聚间苯二胺氧化程度对银离子吸附的影响
• 6.4.3 初始浓度对银离子吸附的影响
• 6.5 小结
• 第七章 结论与建议
• 7.1 结论
• 7.2 建议
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要成果