乙二胺修饰对位芳纶吸附材料的制备及其性能研究

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作为一种高性能聚合物材料,对位芳纶及其复合材料由于其高强度、高模量、以及低导电性等出色的性能被广泛应用于汽车工业、航空航天、军事制造、防弹织物、机械和石油化工等领域。然而随着对位芳纶的大量生产和消费,导致了大量废弃芳纶材料的产生。由于对位芳纶本身具有的芳香刚性聚合链结构以及较高的结晶度和酰胺基团较低的活性等原因,导致其很难在自然界中发生降解。因此,为了避免废弃芳纶对环境造成污染,本论文以废弃对位芳纶为原料,通过化学改性制备了含有多胺功能基修饰的对位芳纶吸附剂。并对其进行了一系列的表征和吸附性能研究。本论文以乙二胺作为改性材料,利用均相反应法,制备出了一系列胺基功能基含量不同的废弃芳纶改性吸附剂PPTA-ECH-EDA-1~PPTA-ECH-EDA-4,首先用氢化钠和无水二甲亚砜(DMSO)反应得到二甲亚砜负离子,向该体系中加入对位芳纶粉料,生成能溶解于二甲亚砜中的脱质子化的芳纶,利用均相反应法,将环氧氯丙烷接枝在芳纶大分子中的酰胺键上,然后加入乙二胺通过开环反应,制备出含有胺基和羟基的改性芳纶吸附剂,并研究了其在金属离子吸附中的应用。采用傅里叶红外光谱仪、场发射扫描电镜、透射电镜、热重分析仪以及元素分析对合成的产品进行了一系列表征。通过红外光谱的表征,表明了环氧氯丙基和多胺基团成功引入到芳纶分子中;从热重分析中可以看出改性后的芳纶的热稳定性能略微下降,还可以看出随着改性剂用量的增加,改性芳纶的功能基含量增大;场发射扫描电镜和透射电镜表明合成的改性废弃芳纶吸附剂具有核-壳纳米结构,直径在20-70nm之间;元素分析进一步证明了功能基成功接枝到芳纶分子上。研究了乙二胺修饰的对位芳纶对金属离子Hg(II)、Pb(II)、Ag(I)、Cu(II)、Cd(II)和Ni(II)的静态饱和吸附性能。结果显示改性芳纶对Hg(II)和Au(III)具有较高的吸附量。并进一步研究了溶液酸碱度对材料吸附量大小的影响,以及吸附动力学、吸附热力学和选择性吸附。通过动力学吸附实验可以得出材料对Hg(II)和Au(III)的吸附适用于拟二级动力学曲线,热力学吸附实验表明材料对Hg(II)的吸附适用于弗兰德李希模型,对Au(III)的吸附过程适用于朗伯缪尔吸附模型。通过对热力学参数△G,△H和△S的计算,可知吸附材料对Hg(II)和Au(III)的吸附过程都是固-液界面混乱度增大,吸热和自发进行的过程。通过XPS表征来揭示了改性芳纶对金属离子吸附过程的机理。乙二胺修饰对位芳纶芳纶可以作为一种有效的吸附剂来去除废水中的Hg(II)及分离和回收Au(III)。本论文的研究内容还提供了一种简单有效的回收废弃芳纶的新方法。
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