聚苯胺/聚吡咯电化学合成及其性能研究

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聚苯胺(PANI)因易于制备,合成方法简单,原料单体价格便宜,拥有优异的物理和化学性质以及稳定性好等优势,在光电材料、防腐蚀、催化、传感器等方面研究较多,而聚苯胺用作吸附剂方面的研究较少。聚苯胺分子中含有的氨基和亚胺基基团,对于重金属和染料废水有不错的去除效果。本文模拟不同pH下的苯胺废液,采用电化学循环伏安法制备聚苯胺。研究废液pH、聚合电势以及吡咯掺杂对于合成聚苯胺的影响,同时研究它们作为吸附剂,在处理废水中的应用。模拟在pH下的苯胺废液,通过采用电化学循环伏安法制备了不同pH下的聚苯胺,采用FITR、SEM和UV-Vis手段对于聚苯胺进行了表征。酸性条件下合成的PANI的速度明显快于中性和碱性条件下,且前者表面多以完整的平面,中间夹杂着片状,而在后者条件下多以颗粒状产物无序的堆积。酸性条件下(pH=1.00)合成的PANI对于刚果红的吸附实验表明,吸附效率随着吸附时间的延长和吸附剂用量的增加而增加。吸附最优时间为4h,初始浓度为100mg/L。UV-Vis表征表明,PANI以质子化带正电的方式,通过静电引力实现对刚果红分子的吸附。吸附过程是符合Langmuir模型和准二级动力学过程,表明吸附过程是化学吸附过程,PANI对于刚果红吸附量可达58.07mg/g(Langmuir拟合)。通过改变聚合电势,可以控制PANI的生成速率进而影响表面的形貌。下限电势在-0.5V-0V范围内对于合成基本无影响,上限电势对于合成影响较大。上限电势控制在1.5V附近是较合适的,可以得到长片状的聚苯胺,同时又避免电势过高引起的副反应。PANI(-0.5V-1.5V聚合电势下合成)对Cr6+的吸附实验则表明浓度、pH、阴离子盐、温度和时间均会对吸附有影响,特别是pH对于聚苯胺吸附Cr6+影响显著。在酸性条件下PANI对于Cr6+的吸附量可达120mg/g。吸附动力学拟合表明,吸附过程是符合准二级动力学过程,说明吸附机制是由外部液膜的扩散过程、表面吸附过程以及离子内扩散共同作用的结果。热力学参数表明,反应是吸热和混乱度增大的过程,升高温度使得吸附过程的自发性升高。确定废液pH和聚合电势后,通过加入吡咯,制得相应的PANI-PPy共聚物,采用红外和拉曼进行了表征。通过SEM可以看出,吡咯的加入显著改变聚苯胺松散厚实的形貌,使其变得紧凑密实,团聚现象也明显减少。磷酸根浓度、pH、阴离子盐以及温度等因素均影响PANI-PPy(合成单体比例,苯胺/吡咯为6/4)对磷酸根的吸附效果,其中浓度和pH的影响程度较大,阴离子盐和温度影响则较小。
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