氨基膦酸螯合树脂的合成与应用研究

论文摘要

工业的发展,环境污染的加剧,人类赖以生存的食品,饮用水中过多的重金属对人类的伤害越来越明显。本文提出从苯乙烯系树脂出发,制备螯合树脂去除重金属离子的方法,该法具有设备简单、占地面积小、可富集金属使水得到重复循环利用,不产生二次污染的优点。本文通过Friedel-Crafts反应,以苯乙烯—二乙烯苯聚合物为载体自制乙酰化交联聚苯乙烯微球,再经Mannich反应法,制备了新型胺基树脂,避免了氯甲基化法使用氯甲醚等致癌物质带来的弊端。再由胺基树脂出发,制备出氨基膦酸型螯合树脂,并对重金属离子铅进行静态吸附,测定研究树脂的吸附性能、再生效果。文中讨论了反应温度和时间、物料比等因素对各部反应的影响并对机理进行探讨。在自制乙酰化交联聚苯乙烯微球过程中,当反应时间为3小时,三氯化铝与苯乙烯树脂的摩尔比为2.5,乙酸酐与苯乙烯树脂质量比2时,产物乙酰基团的取代度可到65%左右。同时对产物乙酰化程度进行红外定量分析方法研究。乙酰化交联聚苯乙烯微球胺化反应中,当胺和乙酰基的摩尔比例为:10:1,胺和多聚甲醛摩尔比为:1:1,胺和盐酸的摩尔比例为:4:1,反应时间9h,反应温度60℃时,产物的增重率可达80%左右。对数据作出回归分析得出方程,以便给所需要的特定胺化率树脂设定反应条件。氨基膦酸树脂的制备中,当亚磷酸与NH2摩尔比8:1,甲醛与NH2摩尔比8:1,盐酸与NH2摩尔比2:1,反应温度为70℃,反应时间为10h时,产物的氨基转化率达到90%左右。对各反应参数的数据分析,找到了一些重要的影响条件及其与产物氨基转化率之间线性关系。通过螯合树脂对重金属铅的吸附及解吸,看出树脂对浓度在01mg/L范围内铅的吸附不容易进行。功能基含量为1.64mmol/ g的树脂对铅的静态饱和吸附后,功能基与铅的摩尔比为1:0.009,近似于100:1。但树脂解吸效果很好,用0.3mol/l盐酸做洗脱剂,最大洗脱率可达99%左右。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 重金属以及危害性
• 1.2 废水中的重金属去除方法介绍
• 1.2.1 高分子螯合剂处理法
• 1.2.2 沉淀法处理含重金属污水
• 1.2.3 基于表面活性剂的重金属去除技术
• 1.2.4 离子交换树脂法
• 1.2.5 非金属材料处理重金属废水
• 1.2.6 重金属离子检测方法介绍
• 1.3 螯合树脂概述
• 1.3.1 螯合树脂简介
• 1.3.2 螯合树脂在去除重金属方面的应用
• 1.4 聚苯乙烯功能化方法的选择
• 1.4.1 功能化方法的选择
• 1.4.2 Friedel-Crafts 反应机理
• 1.5 聚苯乙烯型胺基树脂的制备方法
• 1.5.1 传统的制备方法及改进
• 1.5.2 Mannich 反应法制备聚苯乙烯型胺基树脂
• 1.6 由胺基树脂制备螯合树脂
• 1.6.1 以 N、O 为给电子原子的螯合树脂
• 1.6.2 含磷螯合树脂
• 1.6.3 含硫螯合树脂
• 1.6.4 冠醚、杯环型大环化合物
• 1.7 研究内容及意义
• 1.7.1 研究意义
• 1.7.2 研究内容
• 第二章 乙酰化聚苯乙烯微球的制备及定量研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验试剂或材料
• 2.2.2 实验仪器
• 2.2.3 乙酰化聚苯乙烯微球的制备
• 2.2.4 增重率和取代度的计算方法
• 2.2.5 红外定量乙酰化程度的计算方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 影响因素设计表
• 2.3.2 实验正交表
• 2.3.3 正交实验结果分析
• 2.4 小结
• 第三章 胺基树脂的胺化率及条件研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂或材料
• 3.2.2 实验仪器
• 3.2.3 胺基树脂的制备
• 3.2.4 胺基树脂乙酰基转化率的计算方法
• 3.2.5 胺基树脂的交换容量测定方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 乙醇溶胀时间对酰基转化率影响
• 3.3.2 其他影响因素设计表
• 3.3.3 实验正交表
• 3.3.4 正交实验结果分析
• 3.3.5 胺基树脂的红外光谱分析
• 3.3.6 小结
• 第四章 螯合树脂合成条件与功能基团比例关系研究
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂或材料
• 4.2.2 实验仪器
• 4.2.3 氨基膦酸螯合树脂的制备
• 4.2.4 氨基膦酸螯合树脂氨基与磷酸基比例的计算方法
• 4.2.5 氨基膦酸螯合树脂交换容量测定方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 影响因素设计表
• 4.3.2 实验正交表
• 4.3.3 正交实验结果分析
• 4.3.4 单因素实验结果分析
• 4.3.5 小结
• 第五章 可见分光光度法检测微量重金属离子研究
• 5.1 引言
• 5.2 实验部分
• 5.2.1 实验试剂或材料
• 5.2.2 实验仪器
• 5.2.3 双硫腙比色法
• 5.2.4 二甲酚橙显色法
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 双硫腙比色法标准曲线绘制
• 5.3.2 二甲酚橙显色法标准曲线绘制
• 5.3.3 结论
• 第六章 螯合树脂对重金属离子吸附性能研究
• 6.1 引言
• 6.2 实验部分
• 6.2.1 实验试剂或材料
• 6.2.2 实验仪器
• 6.2.3 吸附平衡实验
• 6.2.4 洗脱实验
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 树脂吸附铅的速率
• 6.3.2 树脂吸附铅的活化能
• 6.3.3 温度对分配比的影响及热力学函数的测定
• 6.3.4 树脂的等温吸附曲线
• 6.3.5 不同氨基转化率树脂对吸附的影响
• 6.3.6 树脂的洗脱与再生
• 6.3.7 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录