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新型天然纤维材料离子交换树脂合成与应用研究

王格慧  
【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。


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