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《天津大学》 2009年 博士论文
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腈纶基离子交换及变色纤维研究

张连海  
【摘要】: 本文以商品化的腈纶纤维为原料制备了三类新型功能纤维并对其中性能较好的产品进行了测试表征。 依次利用二乙烯三胺和氯乙酸对商品化的腈纶纤维进行改性,制备了一种含有大量氨基和羧甲基、可重复使用的离子交换纤维。本文对胺化反应和羧甲基化反应进行了条件优化,并利用元素分析、X射线粉末衍射、扫描电镜和红外光谱对该纤维进行了测试和表征。该纤维对镉离子具有非常好的吸附效果,饱和吸附量大(1.34 mmol/g),吸附速度快(对于1 mg/mL Cd2+,0.5分钟内即可达到饱和吸附量的一半),该纤维可将含各种金属离子混合物的水溶液及镉含量为0.540 mg/L的实际污水中的镉浓度降低至0.001 mg/L以下。此外,该纤维对其他重金属离子如:Cu2+, Ca2+, Zn2+, Mg2+, Pb2+, Ni2+, Ag+, Hg2+也具有非常好的吸附效果。 通过对商品化的腈纶纤维进行乙二胺改性和利用Mannich反应共价化学键合酚酞指示剂制备了一种新型酸碱变色纤维;利用红外光谱、紫外光谱、X射线粉末衍射和扫描电镜对其进行测试和表征,并对该酸碱变色纤维的酸碱变色性能、响应速度、重复使用稳定性等方面进行了测试。该纤维与pH值超过10.1的水溶液接触颜色发生变化:从浅黄色变为紫色;其响应速度较快,对于20 wt%的NaOH溶液,它在不到1秒钟的时间里即可迅速变色;此外,该纤维还具有极好的重复使用稳定性,重复使用300次后,其变色性能没有受到任何影响。 通过对商品化的腈纶纤维进行乙二胺改性继而利用Mannich反应共价化学键合4-(2-吡啶偶氮基)间苯二酚(4-(2-pyridylazo)-resorcinol, PAR)指示剂制备了一种新型重金属变色纤维;利用X射线粉末衍射、扫描电镜和红外光谱对其进行测试和表征,并对该变色纤维的变色性能、响应速度、选择性等方面进行了测试。该纤维在近中性条件下可以选择性地变色识别重金属离子,如:Hg2+, Pb2+, Cd2+, Zn2+, Ni2+, Cu2+,纤维颜色由橙红色变为深褐色;而该纤维对Ca2+, Mg2+, Al3+等轻金属离子则没有变色识别作用。在pH值为3.0时,纤维仅对Hg2+和Cu2+发生识别变色作用,而对其它重金属离子则没有识别变色能力。该纤维对重金属离子的变色识别检测下限可达到10-6 mol/L,可用于监测环境中的重金属污染物。


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