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离子交换与螯合纤维由于具有良好的吸附性能,目前已应用于环保、分析、废气废水净化、贵重金属及其他有用物质回收等领域。近年来随着离子交换与螯合纤维新品种的不断增加,对不同骨架、含不同功能基的离子交换与螯合纤维的研究逐渐成为一个热点。本课题对聚苯硫醚基螯合与离子交换纤维的制备、结构表征及其性能进行了研究,主要内容和结论如下:
(1)以聚苯硫醚(PPS)纤维为基本骨架,通过主链苯环的氯甲基化、与硫脲的置换反应以及随后的水解反应,合成PPS基硫脲和巯基螯合纤维。利用元素分析、红外图谱、扫描电镜、X-射线粉末衍射等手段对所制纤维的结构及组成进行表征和分析,并对氯甲基化及置换反应的工艺条件进行优化,考察原纤维预处理方式、溶胀时间、反应温度、反应时间、催化剂用量等因素对PPS纤维氯甲基化反应的影响,考察溶剂种类、反应温度、反应时间等因素对氯甲基化PPS纤维置换反应的影响。结果表明:适当破坏纤维的结晶度和取向度有利于提高反应程度,在适宜的反应条件下,纤维氯甲基化的增重率可达64.90%,氯元素含量为8.11mmol/g,硫脲螯合纤维和巯基纤维中功能基含量分别为1.84mmol/g、1.97mmol/g。
(2)工业含铬废水中的Cr(Ⅵ)是以铬酸根阴离子形式存在的,其中还含大量Cl-、SO42-等阴离子,同为二价的硫酸根与铬酸根会在离子交换过程中形成强的吸附竞争,因此分离困难。为此,通过氯甲基化PPS纤维的胺化反应制得一种PPS基叔胺型离子交换纤维。利用化学滴定、元素分析、红外图谱等手段对纤维的结构及组成进行表征和分析,以此为基础,主要探讨该纤维对Cr2O72-、SO42-共存体系中Cr(Ⅵ)的选择吸附性能。结果表明:所制叔胺纤维具有较高的交换容量6.09mmol/g;静态吸附条件下,60min达饱和吸附量的一半,吸附过程可用准二级动力学模型较好地模拟;动态柱吸附条件下,SO42-的加入对纤维选择性吸附Cr(Ⅵ)性能几乎没有影响,氢氧型和硫酸根型叔胺纤维对Cr(Ⅵ)的饱和吸附容量分别可达308.09mg/g和335.56mg/g;饱和吸附量受铬液浓度和流速影响不大,但穿透吸附量受二者影响明显;吸附在纤维上的Cr(Ⅵ)可被NaOH溶液有效洗脱,经洗脱后纤维可重复利用,且经5次吸附再生循环,其吸附性能基本保持不变。通过考察不同类型纤维对铬酸根分别与Cl-、与SO42-共存体系下的选择吸附性能,发现季胺型强碱纤维同该叔胺纤维,SO42-对二者选择吸附Cr(Ⅵ)性能的影响要明显小于对伯胺、仲胺型弱碱纤维的影响。