活性炭/腈氯纶离子交换纤维制备及应用基础研究

论文摘要

随着生命科学的发展，吸附分离技术分离的对象也由简单的金属离子、小分子化合物扩展到大分子以及各种普遍的生物物质。吸附分离材料也由吸附分离树脂向吸附分离纤维过渡。本文将具有优良吸附功能的活性炭与腈氯纶纺丝原液共混，以二甲基甲酰胺为溶剂纺制了活性炭／腈氯纶纤维。在此基础上，制备出活性炭／腈氯纶离子交换纤维和活性炭／腈氯纶负载纳米MnO2纤维。借助SEM，FTIR等分析方法，对纤维的制备工艺、结构与性能等进行研究，详细考察了后处理条件对离子交换纤维机械性能及对精氨酸吸附性能的影响，较深入地分析和讨论了羧酸型活性炭／腈氯纶离子交换纤维对L-精氨酸的吸附性能以及活性炭／腈氯纶负载纳米MnO2纤维对甲醛的吸附分解性能。研究和优化了活性炭／腈氯纶离子交换纤维交联和水解反应的最佳工艺，最佳交联条件：水合肼浓度为20.9％，交联温度为100℃，交联时间为7.5h；最佳水解条件：NaOH浓度为1.0mol／L，水解时间为6～7h，水解温度为90～100℃。对制得的酸性钠型阳离子、酸性羧酸型阳离子、碱性阴离子交换纤维结构与性能进行了分析。结果表明，羧酸型离子交换纤维对L-精氨酸吸附能力最强。研究了该纤维的静态和动态吸附性能，并与其它离子交换材料进行对比，结果是静态饱和吸附量随精氨酸起始浓度的增加而增加，吸附率随精氨酸起始浓度的增加而降低，且吸附遵循Freundlish、Langmuir等温吸附模式。所制得的羧酸型活性炭／腈氯纶离子交换纤维对精氨酸吸附性能良好，吸附速率快，30min已达平衡；且对精氨酸的动态吸附能力较强，吸附和解吸速率较快。本文还将活性炭／腈氯纶纤维用作MnO2催化剂载体，在室温下进行吸附分解甲醛的研究。利用活性炭的吸附性能对室内空气中的低浓度甲醛实行快速吸附，达到污染物在腈氯纶纤维载体上的富集，负载在活性炭／腈氯纶纤维上的MnO2加速甲醛分解反应速度。实验结果表明，研磨6h的MnO2粉末分散均匀，平均粒径可达300nm，以平铺的形式均匀地负载于纤维上，效果比较理想；随着吸附时间的延长，研磨6h的MnO2粉末反应72h对甲醛的去除率达94.07％；活性炭／腈氯纶负载MnO2纤维对甲醛的去除率比未负载的明显提高；随着纳米MnO2负载量的增大，甲醛的去除率变大，用DMF处理后的纤维对甲醛的去除率有所提高，大约提高7％。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 吸附分离的一般概况
• 1.2 活性炭
• 1.2.1 活性炭的发展进程
• 1.2.2 活性炭的特点及吸附原理
• 1.3 离子交换纤维
• 1.3.1 离子交换纤维的研究进展
• 1.3.2 离子交换纤维的结构与功能
• 1.3.3 离子交换纤维的制备
• 1.3.4 离子交换纤维的特点及应用
• 1.4 本论文研究的目的、内容及意义
• 第二章 活性炭/腈氯纶离子交换纤维的制备及对精氨酸吸附的研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验仪器
• 2.2.2 实验试剂
• 2.2.3 活性炭/腈氯纶吸附纤维的制备
• 2.2.3.1 超细活性炭粉末的制备
• 2.2.3.2 活性炭/腈氯纶吸附纤维的制备
• 2.2.4 活性炭/腈氯纶离子交换纤维的制备
• 2.2.5 离子交换纤维的交换容量的测定
• 2.2.6 测试方法
• 2.2.7 精氨酸浓度分析
• 2.2.8 活性炭/腈氯纶离子交换纤维对精氨酸的吸附性能测试
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 活性炭/腈氯纶吸附纤维的性能分析
• 2.3.1.1 活性炭浆液的粒度分布及分散性能
• 2.3.1.2 活性炭含量对原丝性能及可纺性的影响
• 2.3.1.3 制备活性炭/腈氯纶吸附纤维的最佳纺丝工艺参数
• 2.3.1.4 活性炭/腈氯纶吸附纤维的形貌分析
• 2.3.2 活性炭/腈氯纶离子交换纤维的性能分析
• 2.3.2.1 离子交换材料交换容量的比较
• 2.3.2.2 活性炭/腈氯纶离子交换纤维的表面形态和结构
• 2.3.2.3 离子交换纤维的红外光谱分析
• 2.3.3 精氨酸的标准曲线
• 2.3.4 不同类型离子交换纤维对L-精氨酸吸附能力的分析
• 2.3.5 后处理条件对纤维机械性能与吸附性能的影响
• 2.3.5.1 水合肼浓度
• 2.3.5.2 交联时间
• 2.3.5.3 交联温度
• 2.3.5.4 NaOH浓度
• 2.3.5.5 水解时间
• 2.3.5.6 水解温度
• 2.3.6 不同活性炭含量的H-IEF物理机械性能对比
• 2.3.7 不同活性炭含量的H-IEF对精氨酸的吸附性能
• 2.3.8 三种离子交换材料对精氨酸的静态吸附性能对比
• 2.3.8.1三种离子交换材料对精氨酸的静态吸附性能对比
• 2.3.8.2 H-IEF对不同浓度精氨酸的静态吸附性能
• 2.3.8.3 H-IEF对不同pH值的精氨酸的静态饱和吸附性能
• 2.3.9 羧酸型活性炭/腈氯纶离子交换纤维对精氨酸的动态吸附
• 2.3.9.1 H-IEF对不同浓度精氨酸的动态吸附性能
• 2.3.9.2 H-IEF对不同pH值精氨酸的动态吸附性能
• 2.3.10 H-IEF上精氨酸的解吸性能
• 2.4 结论
• 2纤维室温下吸附分解甲醛的研究'>第三章 活性炭朋青氯纶负载纳米MnO₂纤维室温下吸附分解甲醛的研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验仪器
• 3.2.2 实验药品
• 3.2.3 分析测试
• 3.2.4 甲醛标准曲线制备
• 2粉末的制备'>3.2.5 超细MnO₂粉末的制备
• 2纤维样品的制备'>3.2.6 活性炭/腈氯纶负载MnO₂纤维样品的制备
• 3.2.7 样品测定
• 3.2.8 结果计算
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 甲醛标准曲线
• 2粉末表观形态的影响'>3.3.2 研磨时间对MnO₂粉末表观形态的影响
• 2粉末粒径分布'>3.3.3 研磨6h的MnO₂粉末粒径分布
• 2纤维的形貌'>3.3.4 活性炭/腈氯纶负载纳米MnO₂纤维的形貌
• 2纤维不同处理情况的形貌'>3.3.5 活性炭/腈氯纶负载纳米MnO₂纤维不同处理情况的形貌
• 2对甲醛的去除率'>3.3.6 纳米MnO₂对甲醛的去除率
• 2纤维对甲醛的去除率'>3.3.7 活性炭/腈氯纶负载纳米MnO₂纤维对甲醛的去除率
• 2比负载量对甲醛去除率的影响'>3.3.8 不同MnO₂比负载量对甲醛去除率的影响
• 2纤维不同处理后对甲醛的去除率'>3.3.9 活性炭/腈氯纶负载MnO₂纤维不同处理后对甲醛的去除率
• 3.3.10 反应机理
• 3.4 结论
• 第四章 研究结论以及发现与创新
• 4.1 研究结论
• 4.2 发现与创新
• 参考文献
• 发表的论文
• 致谢