枝化聚乙烯亚胺螯合树脂的合成、表征及吸附性能研究

论文摘要

本文概述了聚乙烯亚胺螯合树脂的研究进展及其在螯合吸附方面的应用,在此基础上,合成了以聚乙烯亚胺为主链,亚甲基为柔性间隔基,4’-甲氧基-4-羟基联苯为介晶基团的三种鳌合树脂,并探讨了不同反应条件对聚合物取代度的影响。采用IR、1H NMR对产物结构进行表征,并计算了侧链取代度。DSC测试结果显示：产物的玻璃化转变温度随刚性侧链取代度的增加而升高,其接枝率达到一定值后可呈现液晶态,并通过POM证实。WXRD表征了聚合物结构：三种聚合物具有相似的晶型结构；树脂液晶态下的有序度更高；随着接枝率的提高,聚合物的结晶性越好。对合成的螯合树脂进行了一系列常规的吸附性能研究,结果表明：该系列树脂对Hg（Ⅱ）的吸附性能都很好,对Pb（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）也具有一定吸附能力,而对Zn（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）的吸附能力就差一些,并从树脂晶体结构、金属离子有效水合半径相匹配以及软硬酸碱（HSAB）原则的角度分析吸附规律；pH值对树脂吸附性能影响较大,并因金属离子的类别而有不同的表现形式；树脂对Cu（Ⅱ）和Hg（Ⅱ）达到吸附平衡所需的时间均约为2h,其吸附过程均符合G.E.Boyd液膜扩散方程,说明液膜扩散为吸附过程的主控步骤；温度对树脂的吸附影响很大,温度升高有利于吸附；树脂对Hg（Ⅱ）的吸附过程可用Langmuir方程描述,对Pb（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）的吸附过程可用Freundlich方程描述；此外,树脂具有良好的可再生性,经过三次解吸后重新吸附,吸附量还能达到第一次吸附量的89%以上。对其中合成的P4-78液晶性螯合树脂分别进行退火和淬火热处理,室温下获取刚性基团有序度较低的结晶态和刚性基团有序较高的液晶态,旨在研究树脂的热形态对金属离子吸附性能的影响,结果表明：树脂在不同热形态下对同一金属离子确实存在着吸附容量上的差异且规律性较强,此规律性又因不同的金属离子而有不同的表现形式,因此可望通过改变树脂的结构有序度来提高对某一金属离子的吸附选择性。从树脂分子有序度与金属离子有效水合半径以及HSAB原则的角度对规律作了初步的解释。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 螯合树脂
• 1.1.1 螯合树脂概述
• 1.1.2 聚乙烯亚胺螯合树脂研究进展
• 1.2 课题研究的目的、意义和主要内容
• 1.2.1 课题研究的目的和意义
• 1.2.2 课题研究的主要内容
• 第2章 螯合树脂的合成与表征
• 2.1 前言
• 2.2 合成路线
• 2.3 实验部分
• 2.3.1 原料与试剂
• 2.3.2 合成与制备
• 2.3.3 测试与表征
• 2.4 结果与讨论
• 2.4.1 红外光谱分析
• 2.4.2 核磁图谱分析
• 2.4.3 DSC热分析
• 2.4.4 偏光显微镜
• 2.4.5 X射线衍射
• 2.5 本章小结
• 第3章 聚乙烯亚胺螯合树脂吸附性能研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 螯合树脂的制备与热处理
• 3.2.2 药品与仪器
• 3.2.3 金属离子溶液的配制
• 3.2.4 金属离子的吸附性能测定
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 螯合树脂的吸附选择性研究
• 3.3.2 螯合树脂吸附影响因素研究
• 3.3.3 吸附树脂的再生和重复利用
• 3.4 本章小结
• 第4章 聚乙烯亚胺螯合树脂的吸附机理
• 4.1 吸附理论概述
• 4.1.1 吸附动力学
• 4.1.2 吸附等温方程
• 4.2 现代分析仪器在吸附研究中的应用
• 4.2.1 扫描电镜观察表面形貌
• 4.2.2 红外光谱观察官能团的变化
• 4.2.3 光电子能谱察看电子结合能的变化
• 4.2.4 X谢线衍射观察晶体结构
• 4.3 P4螯合树脂吸附机理研究
• 4.3.1 P4螯合树脂对Hg（Ⅱ）的吸附机理研究
• 4.3.2 P4螯合树脂对Pb（Ⅱ）的吸附机理研究
• 4.3.3 P4螯合树脂对Cu（Ⅱ）的吸附机理研究
• 4.3.4 P4螯合树脂吸附金属离子的表征与配位机理分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论与展望
• 5.1 结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录