硅胶基超支化PAMAM的制备及吸附性能研究

论文摘要

超支化聚酰胺-胺（hb-PAMAM）分子构型为三维空间结构,高度支化,内层有空腔,分子中氨（胺）基官能团（伯胺、叔胺、酰胺等）的数目随着分子代数增加以几何级数增加,因此超支化聚酰胺-胺可作为金属离子的大容量络合剂和金属催化剂载体。本文采用ABX （x≥2, A, B为反应性基团）型单体缩聚法合成了超支化聚酰胺-胺（hb-PAMAM）,并用分光光度法研究了hb-PAMAM与Cu2+、Co2+、Ni2+的配合过程,考察了各种条件对配位反应的影响。结果表明,随着金属离子盐与hb-PAMAM质量比的增加,配合物的最大吸收波长发生红移,对于Co2+/hb-PAMAM体系,出现了新的吸收峰；pH从9.02到3.00,配合物的最大吸收波长发生红移,吸收强度减弱,对于Co2+/hb-PAMAM,出现了新的吸收峰,该吸收峰向长波方向移动；温度升高使配合物的吸收光谱强度增强；配位过程速度快,室温下,在实验浓度范围内,hb-PAMAM与Cu2+、Co2+、Ni2+的配位反应1h内均达平衡。以硅烷偶联剂改性处理的氨化硅胶为核,加入ABx型单体,“一锅”合成以硅胶为基质的超支化聚酰胺-胺新型螯合树脂（SiO2-hb-PAMAM）。通过红外光谱（FT-IR）热重分析（TGA）、X-射线衍射仪（XRD）、比表面积分析仪进行了表征。研究了SiO2-hb-PAMAM对Cu2+、Ag+、Hg2+、Au3+等金属离子的静态饱和吸附容量、吸附动力学、吸附热力学和动态吸附性能,同时还研究了洗脱液对金属离子的洗脱效果及树脂的再生性能。静态实验结果表明,SiO2-hb-PAMAM对金属离子有强的螯合能力；吸附动力学符合G. E. Boyd方程,表明吸附过程属于液膜扩散控制机理；对Cu2+、Ag+、Hg2+、Au3+吸附过程的表观活化能分别为15.850 kJ.mol-1、0.269 kJ.mol-1、5.862 kJ.mol-1、5.641 kJ.mol-1,说明吸附容易进行。在实验浓度范围内,对Cu2+、Ag+、Hg2+、Au3+的吸附过程符合Langmuir模型,即单分子层吸附；热力学参数的计算显示吸附为吸热过程,升温有利于吸附；自由能的减小和熵值的增大是树脂吸附Cu2+、Ag+、Hg2+、Au3+的推动力。动态吸附实验结果表明,SiO2-hb-PAMAM对金属离子亦有强的螯合能力；动态吸附也属于液膜扩散控制机理。溶液的酸度对SiO2-hb-PAMAM的吸附性能有重要的影响。树脂经5%硫脲和一定浓度的HCl或HN03溶液洗脱即实现再生。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 树枝状PAMAM的配位化学
• 1.3 树枝状PAMAM/金属配合物的应用
• 1.3.1 在催化方面的应用
• 1.3.2 环境保护方面的应用
• 1.3.3 纳米簇的制备
• 1.4 树枝状PAMAM螯合剂的载体类型
• 1.4.1 聚苯乙烯
• 1.4.2 天然高分子
• 1.4.3 无机材料
• 2基体的键合方式'>1.5 树枝状PAMAM与SiO₂基体的键合方式
• 1.5.1 接枝改性
• 1.5.2 凝胶化
• 1.5.3 仿生硅化
• 1.6 固载化树枝状PAMAM的应用研究进展
• 1.6.1 用于分子印迹
• 1.6.2 重金属回收
• 1.6.3 用于分析
• 1.6.4 用于催化反应
• 1.6.5 环氧树脂固化剂
• 1.6.6 其他方面
• 1.7 超支化PAMAM配位及固载化研究进展
• 1.7.1 配合物的应用
• 1.7.2 超支化PAMAM类似物的固载
• 1.8 课题研究的必要性及拟开展的工作
• 1.8.1 本研究的必要性
• 1.8.2 本文拟展开的工作
• 2+、Co²⁺、Ni²⁺配位作用研究'>第二章 超支化PAMAM与Cu²⁺、Co²⁺、Ni²⁺配位作用研究
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 实验原料、仪器及设备
• 2.1.2 超支化PAMAM的合成
• 2.1.3 超支化PAMAM的测试与表征
• 2+的配位'>2.1.4 与Co²⁺的配位
• 2+的配位'>2.1.5 与Cu²⁺的配位
• 2+的配位'>2.1.6 与Ni²⁺的配位
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 超支化PAMAM红外光谱
• 2.3.2 超支化PAMAM质谱图
• 2.3.3 超支化PAMAM热重分析谱图
• 2.3.4 超支化PAMAM分子量表征
• 2.3.5 超支化PAMAM紫外光谱
• 2.3.6 超支化PAMAM酸碱表征
• 2+配位'>2.3.7 与Co²⁺配位
• 2+、Ni²⁺配位'>2.3.8 与Cu²⁺、Ni²⁺配位
• 2.4 本章小结
• 第三章 硅胶基超支化PAMAM新型螯合树脂的制备及吸附性能研究
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验原料、仪器及设备
• 3.2.2 硅胶基超支化PAMAM树脂的制备
• 3.2.3 硅胶基超支化PAMAM树脂的表征
• 3.2.4 硅胶基超支化PAMAM树脂的吸附性能
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 硅胶基超支化PAMAM树脂的红外光谱
• 3.3.2 硅胶基超支化PAMAM树脂的热重分析
• 3.3.3 硅胶基超支化PAMAM树脂的XRD图
• 3.3.4 硅胶基超支化PAMAM树脂的孔结构分析
• 3.3.5 硅胶基超支化PAMAM树脂的含氮值及接枝率
• 3.3.6 硅胶基超支化PAMAM树脂的合成工艺优化
• 3.3.7 硅胶基超支化PAMAM树脂的静态吸附
• 3.3.8 硅胶基超支化PAMAM树脂的动态吸附
• 3.3.9 硅胶基超支化PAMAM树脂的洗脱
• 3.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢