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新型吸附分离纤维的合成、结构表征及性能研究

张艳丽  
【摘要】: 离子交换纤维是近年来发展迅速的新型纤维状吸附分离材料,目前对离子交换纤维的研究主要集中于各种新型纤维载体的选择、不同化学功能基团在纤维载体上的引入以及合成方法的探索,但在有机功能纤维分子骨架设计与合成方面的研究还未见报道。 鉴于Friedel-Crafts交联反应在吸附树脂分子结构设计与合成方面的成功应用,本文在对超高交联吸附树脂的链间交联、微观形貌及生成机理进行系统研究的基础上,本文首次提出将Friedel-Crafts交联反应应用于纤维分子骨架修饰设计中来的构想。并利用不同链长和刚性的交联剂,在聚丙烯接枝苯乙烯-二乙烯基苯纤维高分子支链网络上成功的进行了Friedel-Crafts反应,合成出了两种具有丰富微孔结构和高比表面积特征的新型非极性纤维(HM-1和HX-1),合成后纤维的比表面积分别为200m~2/g和130m~2/g左右。本文还对合成后纤维的微观形貌、热稳定性等性质进行了考察与测试,对其溶胀性能进行了初步研究,结果表明合成后纤维发生热分解的温度要比原纤维高100K左右,在良性和非良性溶剂中都有很好的溶胀性能。 在合成上述纤维的基础上,对HM-1纤维吸附甲醇蒸汽和HX-1纤维吸附苯蒸汽的热力学和动力学行为进行了系统研究,两种纤维的最大吸附量可分别达到230mg/g和370mg/g左右,达到吸附平衡的时间为8-10分钟。 本文在成功进行了纤维骨架分子设计与合成后,还将研究工作进行了拓展,分别在HM-1纤维和HX-1纤维上引入了不同的化学功能基团,制备出了具有不同交换容量与内部结构的两种强酸性离子交换纤维(HMS-1,HXS-1)和两种强碱性离子交换纤维(HMA-1,HXA-1)。利用新合成的两类离子交换纤维分别对有机废水中常见的污染物苯胺和苯酚进行吸附分离实验,并对吸附分离过程的热力学和动力学行为进行了系统研究。结果表明由于化学功能基团同纤维内部结构在吸附效果上的叠加,所合成的几种纤维均表现出了优良的吸附分离性能,不但分离能力提高,而且分离速度明显加快,从而为其在相关领域中的应用奠定了一定的基础。


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