含胺基螯合纖維的制備及其對重金屬離子的吸附.pdf

1、螯合纖維屬于離子交換纖維中的一類，它具有離子交換纖維的所有優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)還具有其他離子交換纖維所沒有的優(yōu)點(diǎn)，例如對離子吸附的高選擇性和更強(qiáng)的吸附能力等。在廢水廢氣處理、濕法冶金、生物醫(yī)學(xué)工程、電子化學(xué)品，分離純化、資源回收等方面有著廣闊的應(yīng)用前景。
　　 本論文設(shè)計(jì)并合成了一類含胺基螯合纖維，通過聚丙烯(PP)纖維接枝含活潑官能團(tuán)的單體甲基丙烯酸縮水甘油酯(GMA)，丙烯腈(AN)，丙烯酸(AA)，并隨后對其胺化，將對重金屬離子具有

2、良好吸附效果的胺基螯合基團(tuán)引入基體纖維，從而制備了具有一定機(jī)械強(qiáng)度和螯合性能的螯合纖維。詳細(xì)討論了制備條件，如單體濃度、輻照劑量及方式、反應(yīng)時(shí)間、反應(yīng)溫度、反應(yīng)介質(zhì)及催化劑用量等對纖維接枝率及功能化效率的影響，運(yùn)用FT-IR、TG、SEM、單絲拉伸等手段對原纖維、接枝纖維及含胺基螯合纖維的化學(xué)結(jié)構(gòu)、機(jī)械強(qiáng)度、熱穩(wěn)定性等性質(zhì)進(jìn)行了表征。詳細(xì)研究了對螯合纖維對金屬離子的吸附性能。
　　 1.通過預(yù)輻照或共輻照，并通過接枝共聚在PP纖

3、維上接枝了GMA，然后對接枝纖維進(jìn)行胺化，合成了含胺基的螯合纖維PP-GMA-DETA。在優(yōu)化接枝條件下(反應(yīng)時(shí)間3h，溫度100℃，單體濃度50％，溶劑為四氫呋喃)，PP接枝GMA的接枝率可以達(dá)到240wt％。該螯合纖維對水溶液中的Hg2+有很強(qiáng)的螯合吸附作用。當(dāng)水溶液中汞的初始濃度為1000mg·L-1時(shí)，該螯合纖維對Hg2+的吸附容量達(dá)到785.3mg/g。當(dāng)Cu2+以1～10倍于Hg2+的濃度共存于水溶液中時(shí)，該螯合纖維對Hg2

4、+的吸附容量未受共存離子的明顯影響。
　　 2.以聚丙烯纖維為基體，通過輻照接枝丙烯腈，然后利用腈基的反應(yīng)活性，用二乙烯三胺進(jìn)行胺化制備了含胺基螯合纖維PP-AN-DETA?？疾炝私又Ψ磻?yīng)條件如反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間、浴比、催化劑用量對PP接枝丙烯腈的接枝率的影響，其中反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間對接枝率的影響最大，在最優(yōu)的接枝條件下，接枝率可以達(dá)到282 wt％。螯合纖維PP-AN-DETA對于汞離子具有良好的吸附性能，吸附量為657.9m

5、g/g；該吸附很好地符合Langmuir吸附等溫式和Freundlich吸附等溫式。通過纖維上N含量(胺基密度)分析計(jì)算其理論吸附量，并與Langmuir等溫式推算的最大吸附量進(jìn)行比較，推測該類螯合纖維對汞離子的吸附主要通過兩個(gè)胺基與一個(gè)汞離子的螯合吸附來實(shí)現(xiàn)。
　　 3.通過PP纖維輻照接枝具有親水性活潑官能團(tuán)的丙烯酸，然后對其進(jìn)行胺化，制備了含有羧基和胺基的螯合纖維PP-AA-DETA。表面張力測試結(jié)果證明了接枝丙烯酸并胺化

6、的制備工藝提高了所得螯合纖維的親水性能。在優(yōu)化的接枝條件下，PP對丙烯酸接枝率可以高達(dá)340％。螯合纖維對汞的吸附容量與丙烯酸的接枝率和胺基基團(tuán)的含量成正比例關(guān)系，對汞的吸附容量可以高達(dá)1038.8 mg/g。按兩個(gè)胺基官能團(tuán)螯合一個(gè)汞離子計(jì)算理論吸附容量，并與實(shí)驗(yàn)吸附量比較可以發(fā)現(xiàn)，除了螯合纖維的胺基和汞發(fā)生螯合吸附外，還可能包括由于沒有被胺化的羧基和汞離子發(fā)生的離子交換吸附。PP-AA-DETA在不同溫度下對汞的吸附量隨著吸附溫度的

7、升高而增加，表明該類螯合纖維對汞吸附是一個(gè)吸熱的過程，吸附熱△HQ為-11.67kJ/mol。
　　 4.以農(nóng)副產(chǎn)品甘蔗渣為基體，按前述工藝，通過接枝含活潑官能團(tuán)的單體AN和GMA后再胺化，從而實(shí)現(xiàn)甘蔗渣作為基體纖維制備含胺基的甘蔗渣基螯合纖維。該螯合纖維對汞離子具有非常高的吸附容量，當(dāng)C0=1000mg/L-1時(shí)，吸附量達(dá)到了1185.0mg/g-1。以3M HCl+0.5％CS(NH2)2作為洗脫劑，對飽和吸附汞離子后的蔗渣

8、基螯合纖維脫附，四次循環(huán)吸附-脫附后的螯合纖維對汞離子的吸附去除率仍然可以達(dá)到96％，且脫附回收汞離子的效率能維持在85％左右，材料保持良好的形態(tài)。
　　 5.上述工藝制備的這些螯合纖維均具有良好的熱穩(wěn)定性和機(jī)械性能。這類螯合纖維在較寬的pH范圍內(nèi)均保持了對汞離子強(qiáng)的吸附作用，不僅吸附量大，更能徹底除去低濃度廢水中的汞。當(dāng)?shù)蜐舛群瘡U水經(jīng)這類螯合纖維的吸附處理后，溶液中殘留汞的濃度均可以降低到1μg/L。顯示這類螯合纖維在廢水凈