PPS基功能纖維制備及性能研究.pdf

1、離子交換纖維在環(huán)境保護(hù)、水處理以及清潔生產(chǎn)中有廣泛應(yīng)用。針對化工生產(chǎn)中苛刻的使用條件，制備具有較好機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定以及化學(xué)穩(wěn)定性能優(yōu)異的纖維材料是當(dāng)前高分子材料科學(xué)研究的熱點問題之一。聚苯硫醚(PPS)纖維是一種新型工程纖維，具有良好的力學(xué)、熱穩(wěn)定和化學(xué)穩(wěn)定性能。近年來國內(nèi)外雖有通過改變PPS支化度及紡絲成纖工藝的報道，但通過功能基引入與轉(zhuǎn)換等化學(xué)修飾手段對聚苯硫醚纖維進(jìn)行改性研究較少。本文以聚苯硫醚纖維為基本骨架，優(yōu)化氯甲基反應(yīng)條件，

2、進(jìn)而通過功能基轉(zhuǎn)化或氧化反應(yīng)，制得一系列弱酸、弱堿、強(qiáng)堿離子交換纖維，并應(yīng)用于環(huán)境治理領(lǐng)域。主要研究內(nèi)容為:
　　(1)系統(tǒng)優(yōu)化了以PPS纖維為骨架制備氯甲基化聚苯硫醚纖維(CMPPS)的反應(yīng)條件，為PPS纖維進(jìn)一步功能化奠定了基礎(chǔ)。針對PPS纖維結(jié)晶度高，反應(yīng)活性低的特性，考察了10種溶劑對聚苯硫醚纖維骨架的溶脹效果，結(jié)果表明1，2-二氯乙烷對PPS纖維溶脹效果最佳。在空氣、N2、CO2氣氛中制備CMPPS纖維，結(jié)果表明惰性氣體

3、氛圍下更有利于提高反應(yīng)效率。相對于常壓反應(yīng)，在密閉體系中進(jìn)行氯甲基化反應(yīng)可以有效減少反應(yīng)時間、能降低能耗以及節(jié)省試劑用量。
　　(2)以CMPPS纖維為基體，分別與甲胺(MA)溶液、乙二胺(ED)、二乙烯三胺(DE)和三乙烯四胺(TE)進(jìn)行功能基轉(zhuǎn)化反應(yīng)，制得一系列弱堿性纖維（PPS-MA、PPS-ED、PPS-DE和PPS-TE），采用化學(xué)滴定、FT-IR、元素分析、XRD、SEM-EDS等分析手段對纖維的物理、化學(xué)性能進(jìn)行表征

4、。所得弱堿性纖維均具有較高的交換容量，分別為PPS-MA4.85mmol/g、PPS-ED5.21 mmol/g、PPS-DE5.85 mmol/g、PPS-TE6.89 mmol/g。功能基團(tuán)熱降解溫度在300-400℃之間，而纖維骨架在500℃以上開始有緩慢分解，改性后的功能纖維具有良好的熱穩(wěn)定性能。以上述工作為基礎(chǔ)，重點考察了PPS-ED和PPS-DE纖維對模擬電鍍廢水中Cr(Ⅳ)吸附性能。結(jié)果表明，PPS-ED和PPS-DE纖維

5、對Cr(Ⅳ)具有很高的吸附量，分別可達(dá)220.41 mg/g和300.99 mg/g，纖維上吸附的Cr(Ⅳ)能夠被NaOH溶液充分洗脫，經(jīng)6次吸附循環(huán)再生實驗，纖維吸附性能基本保持不變。
　　(3)通過季胺化反應(yīng)，將N-甲基咪唑懸掛于CMPPS纖維基體上，制得新型強(qiáng)堿離子交換纖維(MZPPS)。利用Box-Behnken響應(yīng)面法，以交換容量為響應(yīng)值對制備工藝系統(tǒng)優(yōu)化，其最佳反應(yīng)條件為:反應(yīng)溫度50℃，N-甲基咪唑和CMPPS摩爾比

6、3.4∶1，反應(yīng)時間8.3 h，在此條件下制備的MZPPS纖維交換容量3.89 mmol/g，與方程預(yù)測值基本吻合。TG-DTG結(jié)果顯示N-甲基咪唑功能基團(tuán)的最大失重峰值為363.8℃，說明MZPPS纖維具有良好的熱穩(wěn)定性。在實驗條件下MZPPS纖維展現(xiàn)出良好的化學(xué)穩(wěn)定性能。
　　MZPPS纖維對溶液中Cr(Ⅳ)有較強(qiáng)的吸附能力，當(dāng)溶液pH=4.5時，MZPPS纖維對Cr(Ⅳ)的最大吸附量可達(dá)224.0 mg/g，高于目前商業(yè)化季

7、胺型強(qiáng)堿離子交換纖維Fiban A-1。MZPPS纖維對Cr(Ⅳ)的吸附過程符合Langmium方程，熱力學(xué)參數(shù)計算結(jié)果表明吸附行為為自發(fā)的化學(xué)吸附過程。吸附過程在30 min內(nèi)可達(dá)到平衡，靜態(tài)動力學(xué)性能符合準(zhǔn)二級動力學(xué)方程。當(dāng)溶液中有大量陰離子Cl-和8O42-共存時，對Cr(Ⅳ)的吸附性能影響較小，表明MZPPS纖維對水溶液中Cr(Ⅳ)具有良好的吸附選擇性。柱吸附實驗表明，進(jìn)樣中Cr(Ⅳ)初始濃度和流速對纖維的穿透量吸附量具有重要影

8、響
　　MZPPS纖維對溶液中As(Ⅴ)也具有良好的吸附性能，溶液pH=8.6時，對As(Ⅴ)的最大吸附量可達(dá)81.3 mg/g。MZPPS纖維對As(Ⅴ)的吸附可在15min內(nèi)達(dá)到平衡，去除率高達(dá)99％，準(zhǔn)二級動力學(xué)方程能較好的描述吸附過程。MZPPS纖維經(jīng)5次吸附循環(huán)再生實驗，吸附性能基本保持不變，纖維有望應(yīng)用于實際廢水的資源化治理。
　　(4)以CMPPS纖維為基體，通過硝酸和硝酸鉀共同氧化氯甲基得到一種弱酸離子交換纖