新型强碱型离子交换纤维的制备、表征及其对硝酸盐氮的吸附研究

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地下水中硝酸盐的污染及其对人类健康的影响己逐渐引起人们的普遍关注,世界卫生组织WHO和美国环保局USEPA都在饮用水水质标准中规定饮用水中NO3--N浓度不得超过10mg/L。本文采用离子交换纤维去除地下水中硝酸盐。   本文以聚丙烯(PP)纤维为基体,采用γ-射线预辐照,在聚丙烯(PP)纤维上接枝丙烯酰胺(AAm),再经过Hofmann降解反应制备PP-g-VAm弱碱性离子交换纤维,最后以硝酸铈铵为引发剂,通过季铵化反应分别在PP-g-Vam纤维上接枝2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(ETA)和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC),简便无毒制备出两种含有强碱性季铵基团的离子交换纤维PP-g-Vam-ETA和PP-g-Vam-DAC。本文详述了该离子交换纤维的制备方法,通过IR,TG,SEM以及对测定交换容量对其物理和化学性能进行了表征,并且将其应用于硝酸盐氮的吸附。   第一步:为了得到高接枝率的PP-g-VAm纤维,我们对反应条件进行了深入的探讨,包括辐照剂量,单体浓度,反应温度,反应时间,阻聚剂摩尔盐浓度,溶剂等。经过实验证实在辐照剂量40kGy,以水为溶剂,丙烯酰胺(AAm)浓度25%,阻聚剂浓度0.25%,70℃的条件下反应4h可以得到接枝率220%的接枝丙烯酰胺聚丙烯纤维(PP-g-AAm)。   第二步:然后经过Hofmann降解反应,n(P-CONH2):n(ClO-):n(OH-)=1:1:25,在-15℃-0℃下,反应10h,得到弱碱性PP-g-VAm纤维。其交换容量达到4.67mmol/g干纤维。   第三步:采用硝酸铈铵为引发剂使PP-g-VAm纤维与ETA,DAC分别接枝共聚,制得了强碱性季铵基团的离子交换纤维PP-g-Vam-ETA和PP-g-Vam-DAC,并测定了反应时间、引发剂浓度和反应温度等对接枝反应的影响。实验结果表明:以四价铈盐为引发剂,PP-g-VAm纤维与ETA,DAC能发生接枝共聚合反应。PP-g-Vam纤维与ETA接枝的最佳条件是:80℃,引发剂浓度都为0.75 mmol/L,反应时间10h,强碱基团含量2.1018mmol/g;PP-g-Vam纤维与DAC接枝的最佳条件是:50℃,引发剂用量为25mmol/L,反应时间5h,强碱基团含量2.0217mmol/g。并用FT-IR表征了接枝产物的化学结构,用TGA分析了接枝物的热性能。   红外光谱等证明丙烯酰胺、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵(ETA)和丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)均已接枝到了PTFE基体上。TG表明,PP-g-Vam-ETA和PP-g-Vam-DAC纤维的热稳定均比较好,可以满足材料的需求。   最后:研究了各种反应因素对该离子交换纤维吸附NO3--N的影响,通过静态实验表明,pH、硝酸根离子初始浓度、接触时间等都会对硝酸根离子的交换吸附产生影响。离子交换纤维去除硝酸根离子量随pH的变化而变化,在pH为3.0-4.0时,纤维吸附量达到最大;在所研究的浓度范围内Langmiur等温吸附线能很好地描述吸附平衡数据;纤维的吸附速率快,在30min纤维就基本达到吸附平衡。可以用氢氧化钠来对吸附了离子的纤维进行解吸,而且多次重复使用性能良好,脱附率能达到97%以上。
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