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改性聚丙烯腈纤维对染料及金属离子的吸附性能研究

作　者: 王晓俊
导　师: 陈宇
学　校: 天津大学
专　业: 有机化学
关键词: 聚丙烯腈纤维吸附染料金属离子
分类号: O647.32
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

本论文主要研究了基于聚丙烯腈纤维的改性,及改性后对活性染料和金属离子的吸附性能。首先,本文以聚丙烯腈纤维为基体,通过胺化反应、酰胺化反应和羧甲基化反应制备了一系列离子交换与吸附纤维,并分别研究了反应浓度、温度、时间等条件对制备功能化纤维的影响。实验表明:随着改性剂分子量的增大,胺化反应所需条件越来越高,反应温度对胺化反应影响最大,酰胺化反应时溶剂为CHCl3和DMF的混合溶剂,而羧甲基化反应受氯乙酸浓度和溶液pH影响显著。同时对不同时期产物分别用X-射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)及红外光谱(FT-IR)和热重(TG)进行了结构表征。其次,对改性纤维分别进行了吸附实验,测定了其饱和单位吸附以及吸附率。实验结果表明,胺化改性后,其对阴离子染料有一定的吸附能力。在一定范围内,胺化改性纤维增重越多,吸附能力越强。此外,吸附剂越少、被吸附物质浓度越大,单位吸附量就越多。对胺化改性纤维进行封端后其吸附能力进一步增强,并能对弱极性有机物有一定吸附能力,其吸附动力学曲线符合拟二级动力学模型。同时研究了pH对吸附的影响,结果表明在一定范围内,pH越大,单位吸附越少。对不同阴离子染料,其吸附平衡时间和饱和吸附量随染料的极性和分子大小不同而不同,改性纤维对低浓度染料可以吸附至浓度ppm级,同时吸收率达96.5%。羧基改性纤维对阳离子染料亚甲基蓝(MB)有一定的吸附能力,吸附速率较快、饱和吸附量大、去除率可达99.2%,吸附平衡时MB浓度至ppm级。同时该纤维对重金属离子有很好的螯合作用,饱和吸附大,当pH=6.2时吸附性能最好。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-9
第一章绪论  9-23
  1.1 引言  9-10
  1.2 离子交换与螯合纤维  10-16
    1.2.1 离子交换与螯合纤维的历史、研究与应用现状  10-11
    1.2.2 离子交换与螯合纤维的结构及其特征  11-12
    1.2.3 离子交换与螯合纤维的分类及其反应性能  12
    1.2.4 离子交换与螯合纤维的制备方法  12-16
      1.2.4.1 氨基螯合与吸附纤维  13
      1.2.4.2 含硫螯合纤维  13-14
      1.2.4.3 含磷螯合纤维  14-15
      1.2.4.4 偕胺肟型螯合纤维的制备  15-16
  1.3 腈纶纤维和超支化聚乙烯亚胺  16-18
    1.3.1 腈纶纤维的结构与性质  16-17
    1.3.2 超支化聚乙烯亚胺(HPEI)的结构与性质  17-18
  1.4 关于离子吸附和螯合基础理论  18-21
    1.4.1 吸附理论  18-20
    1.4.2 螯合理论  20-21
  1.5 本论文的选题意义及其研究内容  21-23
    1.5.1 选题意义  21-22
    1.5.2 研究内容  22-23
第二章聚丙烯腈改性纤维的制备及表征  23-41
  2.1 引言  23
  2.2 试剂和仪器  23-25
    2.2.1 试剂  23-24
    2.2.2 仪器  24-25
  2.3 实验部分  25-28
    2.3.1 基于聚丙烯腈的胺化改性  25-26
      2.3.1.1 乙二胺胺化纤维(PAN-A)的制备  25-26
      2.3.1.2 二乙烯三胺胺化纤维(PAN-B)的制备  26
      2.3.1.3 三乙烯四胺胺化纤维(PAN-C)的制备  26
      2.3.1.4 超支化聚乙烯亚胺胺化纤维(PAN-D)的制备  26
    2.3.2 胺化改性的腈纶纤维（PAN-X）的酰胺化（PAN-X-C）  26-28
    2.3.3 改性纤维（PAN-D-C）的酸化  28
    2.3.4 胺化改性的腈纶羧甲基化（PAN-D-CA）  28
  2.4 结果和讨论  28-40
    2.4.1 聚丙烯腈胺化改性条件的探索  28-30
      2.4.1.1 小分子胺对腈纶纤维改性的条件探索  28-29
      2.4.1.2 超支化聚乙烯亚胺对腈纶纤维改性的条件探索  29-30
      2.4.1.3 溶剂的选择  30
    2.4.2 PAN-X-C 纤维合成条件的探索  30
    2.4.3 胺化羧甲基化纤维合成条件的探索  30
    2.4.4 聚丙烯腈纤维改性影响因素及其表征  30-40
      2.4.4.1 胺化聚丙烯腈的影响因素  30-33
      2.4.4.2 红外光谱分析（FI-IR）  33-35
      2.4.4.3 X-射线衍射图谱分析(XRD)  35-37
      2.4.4.4 热稳定分析（TG-DTG）  37
      2.4.4.5 扫描电镜分析（SEM）  37-40
  2.5 结论  40-41
第三章聚丙烯腈改性纤维的吸附性能研究  41-58
  3.1 引言  41
  3.2 试剂和仪器  41-42
    3.2.1 试剂  41-42
    3.2.2 仪器  42
  3.3 实验部分  42-57
    3.3.1 染料标准曲线实验  42-43
    3.3.2 吸附阴离子染料实验  43-54
      3.3.2.1 不同增重比例PAN—D 吸附MO 的影响  43-44
      3.3.2.2 PAN—D 吸附不同初始浓度MO 的影响  44-46
      3.3.2.3 不同质量PAN-D 对染料MO 吸附的影响  46-47
      3.3.2.4 不同时期改性产物对染料MO 吸附的影响  47-49
      3.3.2.5 小分子胺和HPEI 改性纤维吸附MO 影响  49-50
      3.3.2.6 PAN-D-C 对低浓度MO 吸附  50-52
      3.3.2.7 对不同染料分子的吸附性能  52-53
      3.3.2.8 溶液PH 对吸附的影响  53-54
    3.3.3 PAN-D-C 对弱极性物质吸附性能测试  54
    3.3.4 PAN-D-CA 对阳离子染料吸附性能测试  54-56
    3.3.5 PAN-D-CA 对铜离子吸附性能测试  56-57
  3.4 结论  57-58
第四章结论和展望  58-59
参考文献  59-64
发表论文和参加科研情况说明  64-65
致谢  65

改性聚丙烯腈纤维对染料及金属离子的吸附性能研究

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