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，同時還具有其他離子交換纖維所沒有的優(yōu)點，例如對離子吸附的高選擇性和更強的吸附能力等。在廢水廢氣處理、濕法冶金、生物醫(yī)學工程、電子化學品，分離純化、資源回收等方面有著廣闊的應用前景。
　　 本論文設計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引入基體纖維，從而制備了具有一定機械強度和螯合性能的螯合纖維。詳細討論了制備條件，如單體濃度、輻照劑量及方式、反應時間、反應溫度、反應介質(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結(jié)構(gòu)、機械強度、熱穩(wěn)定性等性質(zhì)進行了表征。詳細研究了對螯合纖維對金屬離子的吸附性能。
　　 1.通過預輻照或共輻照，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(反應時間3h，溫度100℃，單體濃度50％，溶劑為四氫呋喃)，PP接枝GMA的接枝率可以達到240wt％。該螯合纖維對水溶液中的Hg2+有很強的螯合吸附作用。當水溶液中汞的初始濃度為1000mg·L-1時，該螯合纖維對Hg2+的吸附容量達到785.3mg/g。當Cu2+以1～10倍于Hg2+的濃度共存于水溶液中時，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活性，用二乙烯三胺進行胺化制備了含胺基螯合纖維PP-AN-DETA?？疾炝私又Ψ磻獥l件如反應溫度、反應時間、浴比、催化劑用量對PP接枝丙烯腈的接枝率的影響，其中反應溫度和反應時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)分析計算其理論吸附量，并與Langmuir等溫式推算的最大吸附量進行比較，推測該類螯合纖維對汞離子的吸附主要通過兩個胺基與一個汞離子的螯合吸附來實現(xiàn)。
　　 3.通過PP纖維輻照接枝具有親水性活潑官能團的丙烯酸，然后對其進行胺化，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的含量成正比例關(guān)系，對汞的吸附容量可以高達1038.8 mg/g。按兩個胺基官能團螯合一個汞離子計算理論吸附容量，并與實驗吸附量比較可以發(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的單體AN和GMA后再胺化，從而實現(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C0=1000mg/L-1時，吸附量達到了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?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