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本文回顾了纤维状有机功能材料的发展简史,并对基于有机功能材料的离子交换平衡基本理论和常用等温吸附经验公式进行了简单介绍。归纳了离子交换和螯合纤维材料的应用领域和不足之处进行。
黄金在人类社会中占有很重要的地位,但由于金元素本身的化学惰性和在地球上的分布形态,其对提取剂和富集分离材料提出了很苛刻的要求。相对于传统材料活性炭,有机功能材料离子交换和螯合树脂在溶液中金离子(Au<+>、Au<3+>)的富集吸附方面取得了巨大成功。而离子交换和螯合纤维本身具有很多优越的物理化学性能,如具有很大的比表面积、线径小(10~30μm)、动力学性能良好等优点。因而离子交换和螯合纤维材料具有很强的应用潜力。
在所有螯合纤维材料中人们关于偕胺肟基螯合纤维的研究最为系统。在我国很多学者致力于偕胺肟基纤维对三价金离子(Au<3+>)的吸附性能研究,那么偕胺肟基纤维能否在实际提金工艺中发挥作用呢?从实际生产的角度出发,吸附剂的生产成本、吸附效果和耐用程度等性质决定了其能否被采用。本文以商品级腈纶(PAN)为基体原料,通过预处理和交联技术合成了具有三维网状结构的中间体C-PAN,这为其后面合成具有最大氰基转化的偕胺肟基纤维机械性能的保持提供了保障。然后中间体C-PAN基体上剩余的氰基与羟胺反应合成偕胺肟基纤维,当C<,盐酸羟胺>:C<,碳酸钠>=10.5,(即中性水溶液环境条件下)反应时间t≥30min,中间体C-PAN基体上剩余的氰基完全转化为偕胺肟基官能团,偕胺肟基含量达到10.5mmol/g(纤维),其离子交换容量为11.25mmol/g(纤维)。合成偕胺肟基纤维的拉伸机械强度为0.09N,较原腈纶下降了24%。
偕胺肟基纤维对液相中金离子的最大静态饱和吸附容量达到2000mg/g(纤维),pH=2~3;吸附动力学性能良好,在实验条件下传质过程受Nerst膜扩散控制,其吸附速率常数k=0.0197min<-1>;T=25℃,吸附等温线基本符合Frendlich等温线,lnK=7.34,偕胺肟基纤维对Au<3+>具有很强的结合作用;在多种金属离子共存体系中对Au<3+>表现出了极高的选择吸附性能;体系中共存的HNO<,3>可将偕胺肟基纤维中偕胺肟基官能团部分氧化,造成其金离子的吸附性能的下降;在吸附过程中偕胺肟基官能团被Au<3+>离子氧化为羧基和酰胺官能团,而Au<3+>离子本身被还原为单质金。对于实际Au<3+>矿液,偕胺肟基纤维在批量法和柱法处理时表现出了很高的吸附率和吸附容量。
该偕胺肟基纤维的合成与金吸附试验为其在实际湿法冶金领域的应用开发奠定了基础。