热固性环氧树脂及其复合材料制备阴离子交换树脂的研究

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随着社会经济的迅速发展,手机、电脑等电子产品的更新速度不断加快,给环境保护和资源回收利用带来了具大的压力。其中,印刷线路板是电子产品中重要的组成部分,其基材的主要组成部分为热固性环氧树脂(Thermosetting Epoxy Resin,TEPR)复合材料。本文率先对热固性环氧树脂及其复合材料制备阴离子交换树脂进行了研究,得到了具有较高离子交换容量的产物,该成果对实践具有一定的指导意义,鲜有文献报道。目前我国已成为世界上最大的环氧树脂印刷线路板生产国。大量废弃的线路板,对环境造成了巨大的污染和破环,给人类的健康带来了巨大的安全隐患。废旧印刷线路板(Waste Printed Circuit Broads,WPCBs)的产量可以达到500万吨/年,且随着信息行业的飞速发展,WPCBs等电子垃圾的产生将会日益增加,所以其回收处置便成为亟待研究的问题。WPCBs一般通过物理、化学、焚烧等方法回收其中的金属,其技术已相当成熟,然而WPCBs的树脂基板却仍然以填埋为主。不仅造成资源的浪费,还对环境产生很大的污染。因此,研究WPCBs的回收处置方法,不仅可使废弃物得到合理的利用,而且可以减少环境污染,保护环境,为人类的健康提供更为有理的保障,具有广阔的应用前景。本文使用WPCBs塑料基板(主要为热固性环氧树脂复合材料,TEPR)为原料,采用氯甲基化以及胺化改性处理制备阴离子交换树脂。对离子交换树脂的交换容量(IEC)、再生性能进行测试。依据响应曲面法原理,使用Design-Expert软件建立试验数学模型,对制备阴离子交换树脂的有关影响因素进行了试验优化设计,并进行了试验验证分析,确定了制备阴离子交换树脂的优化工艺条件。实验证明,通过氯甲基化以及胺化改性所制备得到的离子交换树脂具有较高的交换容量;通过Design Expert软件优化得到最佳工艺条件为(10g环氧树脂计算):氯甲基化温度75℃,氯甲基化时间7h,盐酸体积为197ml,氯化锌质量为12g,多聚甲醛质量为11g。本文对实验室固化的热固性环氧树脂(aTEPR)制备的离子交换树脂(Q-aTEPR)进行了热重分析(TGA)、傅立叶红外光谱分析(FT-IR)、元素分析、X射线光电子能谱分析(XPS)分析。本文对制备得到的阴离子交换树脂对Cr(VI)离子的吸附进行了研究,拉曼光谱证明,Cr(VI)吸附在树脂上之后其化学环境与其在溶液中是完全不同的。实验对其吸附交换等温线和吸附交换动力学进行了讨论与分析。实验结果表明该离子交换树脂的交换过程为液膜扩散控制,树脂上的吸附交换过程满足Langmuir等温吸附曲线,其吸附Cr(VI)的离子交换容量为47.847mg·g-1,并推导出该反应的活化能为:3.51 kJ mol-1。文章提出了热固性环氧树脂及其复合材料废弃物处理的新方法,减少了环境污染,同时也拓宽了制备离子交换树脂原料的来源,对废旧树脂的资源利用提出了依据,对发展循环经济具有重大意义。
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