新型天然纤维材料离子交换树脂合成与应用研究

【摘要】：本文以棉花、木材和树皮为原料，合成一系列新型天然纤维材料类离子交换树 脂：多乙烯多胺基棉纤维（CFDETA，CFTETA，CFTEPA），长链季铵基棉纤维 （LCQACF），羧基木粉（CWP），氨基木粉（EDAW，HDAW，TETAW）以及改性树 皮（FMB，EMB，AMB）。讨论了上述五类离子交换树脂的合成工艺条件、化学性 能、对重金属离子和阳离子型染料的吸附特性，以及LCQACF的杀菌能力。这五 类离子交换树脂均为创新合成，未见文献报导。 通过元素分析，红外光谱、质谱以及核磁共振谱对相关产品进行了鉴定。 合成多乙烯多胺基棉纤维：CFDETA，CFTETA，CFTEPA，系统研究了它们 的最佳合成工艺条件、吸附铜离子的热力学与动力学特征，并详细探讨了其吸附机 理。研究表明：在棉纤维经碱化、环氧化、烯胺化成多乙烯多胺基棉纤维过程中，环 氧化是关键反应。棉纤维环氧值的大小受配比、反应时间、反应温度等因素的影响。 其最佳工艺条件为：环氧化温度20℃，环氧化反应时间10小时，环氧氯丙烷：棉纤 维=3：1（W/W）；烯胺化温度50℃，催化剂碳酸钠1克。铜离子与多乙烯多胺基 在棉纤维上形成四齿配体螫合物，为平面正方形结构。CFDTA、CFTETA、 CFTEPA吸附铜离子的热效应△H分别为－26．79KJ·mol－1，－41．55KJ· mol－1，－47．07KJ·mol－1；铜离子的吸附行为遵循Langmuir吸附等温式，为单分 子层吸附。三种改性棉纤维具有吸附容量大、再生性能好的特点。 合成具有杀菌、吸附双功能长链季铵基棉纤维──LCQACF，其中间体环氧 基季铵盐（EDMDC）为创新化合物。讨论了EDMDC的反应条件及反应动力学，研 究结果表明：环氧基长链季铵盐接枝到棉纤维上之后，仍具有强效的杀菌力，可快 速杀灭金黄色葡萄球菌和大肠杆菌。同时，LCQACF还可吸附水溶液中的铜离子， 其离子交换容量可达 47mg·g-1（以 Cu2+计）。经过再生之后，LCQACF可反复吸 附，多次杀菌。 通过接枝共聚、环氧化、氨化等方法对木粉进行化学改性，合成新型弱酸性阳 离子交换树脂──CWP和新型弱碱性阴离子交换树脂──EDAW，HDAW， TETAW。研究结果表明：在一定温度下，采用适宜的引发剂及单体的用量，可得到 高接枝率，低均聚率的接枝共聚物（PANW，PAAW）。二者在酸性条件下水解所得 CWP，酸值低，收率高；在碱性条件下水解所得CWP，酸值高，收率低。本试验所合 成的CWn对Cu‘”的吸附容量可达soing·g－‘，对碱性桃红的吸附容量可达 500mg·g－‘。同时还表明：EDAW、HDAW和TETAW在pH＝5～6范围内对 Cu汁吸附容量最大，分别为33ms·s叫S7ms·s一＊3ms·s＊。上述两类离子交 换树脂均具有良好的再生性能。 合成了三种树皮类离子交换树脂：EMB、FMB、AMB。研究表明：通过化学改 性，既保持了树皮中的有效成份，又改善了树皮的化学稳定性。EMB、FMB和 AMB对Cu汁的吸附容量分别为71mg·g＊J8mg·g＊和91mg·g1，对碱性桃 红的吸附容量分别为95mg·g叫E4mg·g叫和110mg·g叫。它们属于弱酸性阳 离子交换树脂，在 90 C以上温度下长时间受热，吸附容量有所降低。