螯合纤维属于离子交换纤维中的一类,它具有离子交换纤维的所有优点,同时还具有其他离子交换纤维所没有的优点,例如对离子吸附的高选择性和更强的吸附能力等。在废水废气处理、湿法冶金、生物医学工程、电子化学品,分离纯化、资源回收等方面有着广阔的应用前景。本论文设计并合成了一类含胺基螯合纤维,通过聚丙烯(PP)纤维接枝含活泼官能团的单体甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA),丙烯腈(AN),丙烯酸(AA),并随后对其胺化,将对重金属离子具有良好吸附效果的胺基螯合基团引入基体纤维,从而制备了具有一定机械强度和螯合性能的螯合纤维。详细讨论了制备条件,如单体浓度、辐照剂量及方式、反应时间、反应温度、反应介质及催化剂用量等对纤维接枝率及功能化效率的影响,运用FT-IR、TG、SEM、单丝拉伸等手段对原纤维、接枝纤维及含胺基螯合纤维的化学结构、机械强度、热稳定性等性质进行了表征。详细研究了对螯合纤维对金属离子的吸附性能。1.通过预辐照或共辐照,并通过接枝共聚在PP纤维上接枝了GMA,然后对接枝纤维进行胺化,合成了含胺基的螯合纤维PP-GMA-DETA。在优化接枝条件下(反应时间3h,温度100℃,单体浓度50% ,溶剂为四氢呋喃),PP接枝GMA的接枝率可以达到240wt%。该螯合纤维对水溶液中的Hg2+有很强的螯合吸附作用。当水溶液中汞的初始浓度为1000mg·L-1时,该螯合纤维对Hg2+的吸附容量达到785.3mg/g。当Cu2+以1~10倍于Hg2+的浓度共存于水溶液中时,该螯合纤维对Hg2+的吸附容量未受共存离子的明显影响。2.以聚丙烯纤维为基体,通过辐照接枝丙烯腈,然后利用腈基的反应活性,用二乙烯三胺进行胺化制备了含胺基螯合纤维PP-AN-DETA。考察了接枝反应条件如反应温度、反应时间、浴比、催化剂用量对PP接枝丙烯腈的接枝率的影响,其中反应温度和反应时间对接枝率的影响最大,在最优的接枝条件下,接枝率可以达到282 wt %。螯合纤维PP-AN-DETA对于汞离子具有良好的吸附性能,吸附量为657.9mg/g;该吸附很好地符合Langmuir吸附等温式和Freundlich吸附等温式。通过纤维上N含量(胺基密度)分析计算其理论吸附量,并与Langmuir等温式推算的最大吸附量进行比较,推测该类螯合纤维对汞离子的吸附主要通过两个胺基与一个汞离子的螯合吸附来实现。3.通过PP纤维辐照接枝具有亲水性活泼官能团的丙烯酸,然后对其进行胺化,制备了含有羧基和胺基的螯合纤维PP-AA-DETA。表面张力测试结果证明了接枝丙烯酸并胺化的制备工艺提高了所得螯合纤维的亲水性能。在优化的接枝条件下,PP对丙烯酸接枝率可以高达340%。螯合纤维对汞的吸附容量与丙烯酸的接枝率和胺基基团的含量成正比例关系,对汞的吸附容量可以高达1038.8 mg/g。按两个胺基官能团螯合一个汞离子计算理论吸附容量,并与实验吸附量比较可以发现,除了螯合纤维的胺基和汞发生螯合吸附外,还可能包括由于没有被胺化的羧基和汞离子发生的离子交换吸附。PP-AA-DETA在不同温度下对汞的吸附量随着吸附温度的升高而增加,表明该类螯合纤维对汞吸附是一个吸热的过程,吸附热ΔHo为-11.67kJ/mol。4.以农副产品甘蔗渣为基体,按前述工艺,通过接枝含活泼官能团的单体AN和GMA后再胺化,从而实现甘蔗渣作为基体纤维制备含胺基的甘蔗渣基螯合纤维。该螯合纤维对汞离子具有非常高的吸附容量,当C0=1000mg/L-1时,吸附量达到了1185.0mg/g-1。以3M HCl+0.5%CS(NH2)2作为洗脱剂,对饱和吸附汞离子后的蔗渣基螯合纤维脱附,四次循环吸附-脱附后的螯合纤维对汞离子的吸附去除率仍然可以达到96%,且脱附回收汞离子的效率能维持在85%左右,材料保持良好的形态。5.上述工艺制备的这些螯合纤维均具有良好的热稳定性和机械性能。这类螯合纤维在较宽的pH范围内均保持了对汞离子强的吸附作用,不仅吸附量大,更能彻底除去低浓度废水中的汞。当低浓度含汞废水经这类螯合纤维的吸附处理后,溶液中残留汞的浓度均可以降低到1μg / L。显示这类螯合纤维在废水净化和饮用水的除汞处理方面具有非常好的应用前景。