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涤纶离子交换织物的制备及其吸附理论与性能的研究

作　者: 翟海群
导　师: 董朝红
学　校: 青岛大学
专　业: 纺织化学与染整工程
关键词: 离子交换织物涤纶 β-环糊精离子交换吸附
分类号: TS156
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

涤纶是世界产量最大,应用最广的合成纤维品种,目前涤纶占世界合成纤维产量的60%以上。对涤纶织物进行改性整理,使其具有多种功能从而扩大其应用范围。采用化学方法将p-环糊精与多元羧酸整理到涤纶织物表面,使其具有离子交换的功能。实验发现,β-环糊精与多元羧酸的聚合反应产物固着在了涤纶织物表面。其中有一部分多元羧酸的羧基没有参与反应,从而使织物具有离子交换功能。充分利用了涤纶织物优异的耐热和化学稳定性,制备出一种具有比表面积大,吸附量较高,再生性能好,制备工艺简单,使用方便等特点的新型离子交换织物。具体研究了将p-环糊精与多元羧酸(PCA)整理到涤纶织物上的工艺,探讨了p-CD浓度、PCA浓度、焙烘温度、焙烘时间、催化剂浓度对织物增重率和其离子交换容量的影响。并通过正交实验确定出最佳整理工艺。结果表明柠檬酸(CA)作为交联剂的最佳工艺为:β-CD浓度为100g/L,CA浓度为100g/L,焙烘温度为180℃,焙烘时间20min,催化剂浓度为30g/L;BTCA作为交联剂的最佳工艺为：p-CD浓度为100g/LBTCA浓度为100g/L,焙烘温度为170℃,焙烘时间20min,催化剂浓度为30g/L。研究了离子交换织物对水溶液中Cu2+和Ni2+的静态吸附性能。考察了pH值、温度、起始离子浓度和织物增重率对其吸附性能的影响。又以H2SO4溶液对吸附饱和后的织物进行解吸,研究织物的再生和重复使用性能。对织物的吸附理论进行初步探讨,以Langmuir和Freudlich方程对织物的吸附等温线进行拟合,探讨了吸附过程的规律。并研究了织物对Cu2+和Ni2+吸附过程的动力学和热力学。实验表明织物对Cu2+和Ni2+的吸附是一个吸热过程,高温有利于吸附的进行,而且吸附是自发进行的。通过织物对两种离子的吸附动力学研究发现,吸附过程可以用二级速率方程进行描述。

全文目录

摘要  2-3
Abstract  3-8
第一章前言  8-19
  1.1 离子交换纤维概况  8-14
    1.1.1 离子交换纤维国内外发展概况  8-9
    1.1.2 离子交换纤维基本性能和特点  9-10
      1.1.2.1 离子交换纤维的分类  9-10
      1.1.2.2 离子交换纤维的化学稳定性和物理力学性能  10
      1.1.2.3 离子交换纤维的酸碱特性  10
      1.1.2.4 离子交换纤维的交换吸附性能  10
      1.1.2.5 离子交换纤维的吸附动力学  10
    1.1.3 离子交换纤维的应用研究  10-12
      1.1.3.1 离子交换纤维在水体净化方面的应用  11
      1.1.3.2 离子交换纤维在气体净化中的应用  11
      1.1.3.3 离子交换纤维在卫生、杀菌方面的应用  11-12
      1.1.3.4 离子交换纤维在贵重金属的分离回收方面的应用  12
      1.1.3.5 其他方面的应用  12
    1.1.4 离子交换纤维的制备  12-13
      1.1.4.1 共混物或共聚物成纤—功能化法  12
      1.1.4.2 天然或合成纤维改性法  12-13
    1.1.5 离子交换纤维的发展与展望  13-14
  1.2 β-环糊精概况  14-18
    1.2.1 环糊精发展概况  14
    1.2.2 环糊精的结构及物理化学性质  14-16
    1.2.3 环糊精的包合作用  16
    1.2.4 环糊精在纺织印染上的应用  16-17
      1.2.4.1 在染色中的应用  16
      1.2.4.2 在后整理中的应用  16-17
      1.2.4.3 在印染废水处理中的应用  17
    1.2.5 环糊精与纤维的接枝方法  17-18
      1.2.5.1 物理法  17
      1.2.5.2 化学法  17-18
  1.3 课题研究内容和意义  18-19
    1.3.1 课题研究的内容  18
    1.3.2 课题研究意义  18-19
第二章涤纶离子交换织物的制备及相关性能研究  19-34
  2.1 实验材料、药品及仪器  19-20
    2.1.1 实验材料  19
    2.1.2 实验药品  19-20
    2.1.3 实验仪器  20
  2.2 实验内容  20-21
    2.2.1 实验处方  20
    2.2.2 工艺流程  20
    2.2.3 测试内容  20-21
    2.2.4 SEM电镜扫描  21
  2.3 结果与讨论  21-33
    2.3.1 多元羧酸与β-CD的反应机理  21-22
    2.3.2 SEM电镜扫描  22-23
    2.3.3 织物上β-CD的鉴定  23
    2.3.4 织物增重率及羧基含量的影响因素分析  23-30
      2.3.4.1 β-CD质量浓度对织物增重率和羧基含量的影响  23-24
      2.3.4.2 多元羧酸质量浓度对织物增重率和羧基含量的影响  24-26
      2.3.4.3 催化剂(SHP)质量浓度对织物增重率和羧基含量的影响  26-27
      2.3.4.4 焙烘温度对织物增重率和羧基含量的影响  27-29
      2.3.4.5 焙烘时间对织物增重率和羧基含量的影响  29-30
    2.3.5 PCA/β-CD交联整理涤纶织物的最佳工艺确定  30-33
      2.3.5.1 CA正交试验结果分析  30-32
      2.3.5.2 BTCA正交试验结果分析  32-33
  2.4 本章小结  33-34
第三章涤纶离子交换织物对水溶液中Cu~(2+) #27与Ni~(2+)吸附性能研究  34-46
  3.1 实验材料、药品及仪器  34-35
    3.1.1 实验材料  34
    3.1.2 实验药品、仪器  34-35
  3.2 实验方法  35-38
    3.2.1 标准曲线的绘制  35-36
      3.2.1.1 缓冲溶液及EDTA溶液的配置  35
      3.2.1.2 硫酸铜标准曲线的绘制  35
      3.2.1.3 硫酸镍标准曲线的绘制  35-36
    3.2.2 对Cu~(2+)、Ni~(2+)的吸附性能表征方法  36
      3.2.2.1 静态吸附量  36
    3.2.3 涤纶离子交换织物对Cu~(2+)的吸附性能研究  36-37
      3.2.3.1 不同pH值对吸附性能的影响  36
      3.2.3.2 不同温度对吸附性能的影响  36
      3.2.3.3 不同离子初始浓度对吸附性能的影响  36-37
      3.2.3.4 不同增重率对吸附效果的影响  37
      3.2.3.5 织物的再生性  37
    3.2.4 涤纶离子交换织物对Ni~(2+)的吸附性能研究  37-38
      3.2.4.1 不同pH值对吸附性能的影响  37
      3.2.4.2 不同温度对吸附性能的影响  37
      3.2.4.3 不同离子初始浓度对吸附性能的影响  37
      3.2.4.4 不同增重率对吸附效果的影响  37-38
      3.2.4.5 织物的再生性  38
  3.3 结果与讨论  38-45
    3.3.1 涤纶离子交换织物对Cu~(2+)的吸附性能研究  38-41
      3.3.1.1 标准曲线  38
      3.3.1.2 pH值对吸附性能的影响  38-39
      3.3.1.3 温度对吸附性能的影响  39-40
      3.3.1.4 初始离子浓度对吸附性能的影响  40
      3.3.1.5 增重率对吸附效果的影响  40-41
      3.3.1.6 织物的再生性  41
    3.3.2 涤纶离子交换织物对Ni~(2+)的吸附性能研究  41-45
      3.3.2.1 标准曲线  41-42
      3.3.2.2 pH值对吸附性能的影响  42
      3.3.2.3 温度对吸附性能的影响  42-43
      3.3.2.4 初始离子浓度对吸附性能的影响  43-44
      3.3.2.5 增重率对吸附效果的影响  44
      3.3.2.6 织物的再生性  44-45
  3.4 本章小结  45-46
第四章涤纶离子交换织物对水溶液中Cu~(2+)、Ni~(2+)吸附理论的探讨  46-62
  4.1 实验材料、药品及仪器  46-47
  4.2 实验方法  47
    4.2.1 吸附等温线的绘制  47
    4.2.2 吸附动力学曲线的绘制  47
  4.3 测试指标  47-49
    4.3.1 动力学指标  47-48
    4.3.2 热力学指标  48-49
      4.3.2.1 吸附焓变  48-49
      4.3.2.2 吸附熵  49
  4.4 结果与讨论  49-61
    4.4.1 离子交换织物对Cu~(2+)的吸附理论研究  49-55
      4.4.1.1 离子交换织物对Cu~(2+)的等温吸附  49-53
      4.4.1.2 离子交换织物对Cu~(2+)的吸附热力学  53-54
      4.4.1.3 离子交换织物对Cu~(2+)的吸附动力学  54-55
    4.4.2 离子交换织物对Ni~(2+)吸附理论研究  55-61
      4.4.2.1 离子交换织物对Ni~(2+)的等温吸附  55-59
      4.4.2.2 离子交换织物对Ni~(2+)的吸附热力学  59-60
      4.4.2.3 离子交换织物对Ni~(2+)的吸附动力学  60-61
  4.5 本章小结  61-62
第五章结论  62-63
参考文献  63-66
攻读学位期间的研究成果  66-67
致谢  67-68

涤纶离子交换织物的制备及其吸附理论与性能的研究

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