钯和锂离子印迹聚合物的选择性和抗干扰性能研究

发布时间：2019-02-15 06:02

【摘要】：本文选择新型工业废水中存在的金属污染物Li(Ⅰ)和Pd(Ⅱ)为研究对象,首先在螯合能力强的配体上引入不饱和双键,获得对Li(Ⅰ)和Pd(Ⅱ)具有强吸附能力的功能单体,随后通过印迹的方式合成离子印迹聚合物,实现对特定金属离子具有强吸附能力和高选择性印迹材料。其次,通过进一步对印迹材料进行RAFT表面接枝聚合,获得在工业废水中具有抗干扰和抗阻塞的印迹聚合物,实现离子印迹聚合物在废水中的高效选择性吸附。本文主要研究的内容:1、为了获得对Li(Ⅰ)和Pd(Ⅱ)有强选择性的功能单体,采用人工合成带有双键的功能单体来提高功能单体对Li(Ⅰ)和Pd(Ⅱ)的选择性吸附能力。首先在50℃、机械搅拌条件下,通过三烯丙基水杨醛和硫代氨基硫脲之间的希夫碱反应合成了3-烯丙基-2-羟基苯甲醛缩氨基硫脲(AHTB);其次,通过羟甲基12-冠醚-4和溴丙烯的亲核取代反应一步合成了2-烯丙氧基甲基12-冠醚-4(2AM12C4)。通过核磁共振、红外光谱、元素组分分析的手段证明了两种功能单体已经成功合成出来。2、以Pd(Ⅱ)为模板离子,AHTB为功能单体,EGDMA为交联剂,通过本体聚合的方法合成钯离子印迹聚合物(Pd-ⅡP)。SEM、比表面积、TGA、元素组分分析表明Pd-ⅡP已经成功合成。所合成的Pd-ⅡP具有表面粗糙,交联粒径在200nm,比表面积达到26.24mg g-1,明显高于非印迹材料(13.19mg g-1),且在280℃以下达到热稳定。在pH=3.0时,通过吸附动力学和热力学分析可知,Pd-ⅡP的吸附能力达到了59.39mg g-1。对于多种竞争金属离子的选择性研究,选择性系数均大于5;6次循环吸附后维持90%的效率。模型拟合研究表明,材料符合Langmuir模型和拟二级动力学模型,倾向单层吸附,以化学吸附为主;D-R模型拟合分析表明为化学吸附过程,热力学参数研究表明为吸热过程。通过FT-ⅠR和XPS机理分析,证明了AHTB中的叔胺(-N=)和S原子通过螯合作用与Pd(Ⅱ)形成强的配位作用。3、以Li(Ⅰ)为模板,2AM12C4为功能单体,EGDMA为交联剂,二硫代苯甲酸异丙苯基酯(CDB)为链转移剂,95%的甲醇和水为溶剂,通过改变引发剂(AⅠBN)的加入量,可逆加成-断裂链转移(RAFT)-沉淀聚合的方式合成四种不同尺寸的印迹微球,并且在印迹微球的表面进一步接枝聚甲基丙烯酸羟乙酯(PHEMA)分子刷。SEM分析可知,通过RAFT-沉淀聚合的方式成功合成了印迹微球。相比于非印迹材料,接枝后的印迹材料在水溶液中的分散性明显增强,动力学速率常数增加,有利于模板离子的选择性吸附。通过GPC,比表面积,接枝质量增重分析,证明获得了不同接枝密度的锂离子印迹聚合物。PHEMA分子刷的分子量达到20000水平,获得的四种接枝密度依次为1.43、1.31、1.17和1.06chains nm-2。多种模型拟合,表明材料主要是单层的化学吸附,热力学研究表明吸附Li(Ⅰ)为吸热过程。不同接枝密度的模型废水吸附研究,表明接枝聚合物刷具有良好的抗干扰能力,合适的接枝密度产生更大的抗干扰强度。SEM-EDS和XPS机理抗干扰机理分析,表明吸附阶段的干扰物粘附在微球的外表面,避免了空腔的阻塞。
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【学位授予单位】：南昌航空大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O631.3

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