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聚丙烯腈基两性离子交换纤维的制备及性能研究

作　者: 周慧圆
导　师: 吴政
学　校: 北京服装学院
专　业: 纺织化学与染整工程
关键词: PAN纤维两性离子交换最佳吸附再生
分类号: TQ342.31
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

为了开发聚丙烯腈基离子交换纤维以提高离子交换纤维的实用性,本文采用聚丙烯腈(PAN)纤维为基体纤维,先后进行紫外辐射接枝苯乙烯,碱性水解,氯甲基化及乙二胺胺化反应,成功制备出机械性能良好,阳离子交换容量为2.19mmol/g,阴离子交换容量为0.73mmol/g的两性离子交换纤维。研究了反应过程中多种因素对反应的影响,得出最佳反应条件,并对两性纤维进行红外光谱和扫描电子显微镜的表征。实验结果表明:由PAN纤维制备两性纤维的方法可行。采用静态法研究了该离子交换纤维对氟离子、银离子、以及钙离子的吸附性能,讨论了不同pH和离子浓度对纤维吸附氟离子、银离子以及钙离子性能的影响。结果表明:该离子交换纤维对氟离子、银离子以及钙离子的吸附具有吸附速度快,吸附量大等特点,吸附动力学数据符合Lagergren二级速度方程,在所研究的浓度范围内Freundlich吸附等温式能很好地描述吸附平衡数据。对氟离子、银离子以及钙离子的吸附量分别为1.28mmol/g、0.52mmol/g和0.55mmol/g。测定了离子交换纤维的再生性能,具有再生容易、能够多次重复使用等特点。采用静态法和动态法研究了该离子交换纤维的吸附及解吸性能。结果表明:该离子交换纤维的总交换容量为2.92mmol/g;纤维的脱盐率高达95﹪以上,所得到的交换结果已达到废水处理的脱盐需要;热水可以再生两性纤维,其热再生率在94%以上,能将大部分的盐洗脱下了,故该纤维具有较好的吸附性能和重复使用性能。

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摘要 3-4ABSTRACT 4-10第1章绪论 10-21 1.1 离子交换纤维的发展概述 10-11 1.2 离子交换纤维的分类及特点 11-13 1.2.1 离子交换纤维的分类 11 1.2.2 离子交换纤维的特点 11-12 1.2.3 离子交换纤维的作用原理 12-13 1.3 两性离子交换纤维 13 1.3.1 两性离子交换纤维的特点及分类 13 1.3.2 两性离子交换纤维的发展现状 13 1.4 离子交换纤维的制备 13-15 1.5 离子交换纤维的应用 15-18 1.5.1 水的软化和脱盐 15-16 1.5.2 填充床电渗析 16 1.5.3 有害气体吸附 16 1.5.4 重金属分离和污水处理 16-17 1.5.5 生物分离 17 1.5.6 贵重金属和稀有金属的回收利用 17 1.5.7 高效催化剂方面 17 1.5.8 离子交换纤维在其它领域的应用 17-18 1.6 离子交换纤维的发展与展望 18-19 1.7 课题研究的内容和意义 19-21 1.7.1 课题研究的内容 19 1.7.2 课题研究的意义 19-21第2章实验部分 21-33 2.1 实验原料及仪器 21-23 2.1.1 实验原料 21-22 2.1.2 实验仪器 22-23 2.2 离子交换纤维的制备 23-24 2.2.1 两性离子交换纤维的合成 23 2.2.2 紫外辐射接枝苯乙烯 23 2.2.3 碱性水解实验 23 2.2.4 氯甲基化实验 23-24 2.2.5 胺化实验 24 2.3 纤维的性能测定和结构表征 24-26 2.3.1 导入率的计算 24 2.3.2 交换容量的测定 24-25 2.3.3 纤维力学性能的测定 25 2.3.4 微观形态分析 25 2.3.5 红外光谱表征 25-26 2.4 离子交换纤维对氟离子的吸附研究 26-28 2.4.1 不同pH 值下氟离子标准曲线的绘制 26 2.4.2 静态吸附实验 26-28 2.5 离子交换纤维对银离子的吸附研究 28-30 2.5.1 不同pH 值下银离子标准曲线的绘制 28 2.5.2 静态吸附实验 28-30 2.6 离子交换纤维对钙离子的吸附研究 30-32 2.6.1 不同pH 值下钙离子标准曲线的绘制 30 2.6.2 静态吸附实验 30-32 2.7 离子交换纤维脱盐性能研究 32-33 2.7.1 两性纤维的预处理 32 2.7.2 静态法 32 2.7.3 动态法 32-33第3章实验结果与讨论 33-59 3.1 基体PAN 纤维的选择 33 3.2 纤维的制备分析 33-40 3.2.1 影响苯乙烯接枝效果的因素 33-36 3.2.2 影响氯甲基化反应的因素 36-38 3.2.3 影响胺化反应的因素 38-40 3.3 纤维性能的测定 40-41 3.3.1 两性纤维交换容量测试结果 40 3.3.2 力学性能测试结果 40-41 3.4 纤维结构的表征 41-43 3.4.1 扫描电镜观察 41-42 3.4.2 红外光谱表征 42-43 3.5 离子交换纤维对氟离子的吸附研究 43-47 3.5.1 不同pH 值下氟离子标准曲线 43-44 3.5.2 静态吸附实验 44-47 3.6 离子交换纤维对银离子的吸附研究 47-51 3.6.1 不同pH 值下银离子标准曲线 47-48 3.6.2 静态吸附实验 48-51 3.7 离子交换纤维对钙离子的吸附研究 51-55 3.7.1 不同pH 值下钙离子标准曲线 51-52 3.7.2 静态吸附实验 52-55 3.8 离子交换纤维脱盐研究 55-59 3.8.1 两性纤维的静态吸附性能 55-56 3.8.2 两性纤维的静态解吸性能 56-58 3.8.4 两性纤维的再生性能测试 58-59结论 59-60参考文献 60-64硕士学位期间发表的学术论文 64-65致谢 65

聚丙烯腈基两性离子交换纤维的制备及性能研究

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