胺化聚苯乙烯树脂的合成,表征及对硝基苯酚的吸附行为研究

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本课题提出用三乙烯四胺(TETA)和1,4,7,10-四氮杂十二烷(Cy)修饰氯甲基化聚苯乙烯树脂(PS-CH2-Cl)和聚苯乙烯树脂(PS),合成了三种胺化聚苯乙烯树脂。对树脂的结构进行了表征,并将树脂应用于硝基酚化合物的吸附。研究了吸附硝基酚化合物的动力学和热力学行为,最后通过静态吸附方法初步研究了树脂对Cu2+和Zn2+的吸附性能。主要研究内容如下:  (1)以氯甲基化聚苯乙烯树脂为原料,引入三乙烯四胺;以聚苯乙烯树脂为原料,通过Friedel-Craft酰基化反应制备了氯乙酰化聚苯乙烯树脂(PS-COCH2-Cl),然后分别引入三乙烯四胺和1,4,7,10-四氮杂环十二烷,共制备了三种胺化聚苯乙烯树脂PS-CH2-TETA、PS-COCH2-TETA和PS-COCH2-Cy,考察了反应条件对反应结果的影响。  (2)通过红外、N2吸附-脱附、热重分析、扫描电镜等手段对PS-CH2-TETA、PS-COCH2-TETA和 PS-COCH2-Cy进行表征。结果表明,多胺成功接枝到树脂上;PS-CH2-TETA、PS-COCH2-TETA和PS-COCH2-Cy的比表面积分别为34.84 m2/g、36.33 m2/g和39.03 m2/g,孔容分别为0.1232 cm3/g、0.1361 cm3/g和0.1124 cm3/g,孔径分别为14.14 nm、14.99 nm和12.51 nm。  (3) PS-CH2-TETA、PS-COCH2-TETA和PS-COCH2-Cy分别对对硝基酚(PNP)、邻硝基酚(ONP)和2,4-二硝基酚(DNP)进行静态吸附和动态吸附。结果表明,三者吸附 PNP和 ONP的最佳pH值均为7.0,吸附DNP的最佳pH值均为4.0;25℃下,PS-CH2-TETA、PS-COCH2-TETA和 PS-COCH2-Cy对 PNP的平衡吸附量分别为0.89 mmol/mL、0.52 mmol/mL和0.65 mmol/mL,对ONP的平衡吸附量分别为0.82 mmol/mL、0.33 mmol/mL和0.56 mmol/mL,对 DNP的平衡吸附量分别为1.02 mmol/mL、0.68 mmol/mL和0.82 mmol/mL,脱附率分别为98.4%、98.9%和99.2%,99.2%、99.6%和99.8%,91.2%、93.3%和95.8%,重复三次吸附-脱附后仍具有较高的吸附性能;Cy接枝到PS-COCH2-Cl表面有利于硝基酚化合物的吸附且C=O的存在使得树脂对PNP、ONP和DNP的吸附量下降。  (4)动力学研究表明,PS-CH2-TETA、PS-COCH2-TETA和PS-COCH2-Cy对PNP、ONP和DNP的吸附过程都可以用准二级动力学方程来描述;液膜扩散为吸附过程的主要控制步骤;三种硝基酚化合物在同一种吸附剂上的吸附量的大小关系为:DNP>PNP>ONP,吸附速率随着吸附量的增加而减小,即DNPPS-COCH2-Cy>PS-COCH2-TETA;吸附为焓推动的放热熵减过程;树脂与硝基酚之间主要通过氢键力和范德华力来吸附。  (5) PS-CH2-TETA、PS-COCH2-TETA和PS-COCH2-Cy分别对Cu2+和Zn2+进行静态吸附。结果表明,三者吸附Cu2+和Zn2+的最佳pH值均为5.7;25℃下,PS-CH2-TETA、 PS-COCH2-Cy和 PS-COCH2-TETA对 Cu2+的平衡吸附量分别为0.77 mmol/mL、0.63 mmol/mL和0.49 mmol/mL,对 Zn2+的平衡吸附量分别为0.22 mmol/mL、0.21 mmol/mL和0.12 mmol/mL。树脂对Cu2+的吸附性能比Zn2+好;对于 Cu2+,三种树脂吸附能力大小关系:PS-CH2-TETA>PS-COCH2-Cy>PS-COCH2-TETA,对于 Zn2+,PS-COCH2-Cy>PS-CH2-TETA>PS-COCH2-TETA。
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