铁离子印迹聚合物的制备及其在钒、铬溶液深度除铁中的应用
发布时间：2021-08-27 04:45
铁是化工、冶金等工业过程常见杂质组份之一。化学沉淀、溶剂萃取及离子交换等常规除铁方法通常用于脱除溶液体系中较高浓度的铁杂质,对于微量或痕量铁杂质的脱除,常规除铁方法无法适用。离子印迹法凭借功能基团的选择性和模板离子的印迹效应,对目标离子具有较好的分离效果,已成为低浓度杂质离子分离脱除的新方法之一。离子印迹聚合物的制备与调控,是影响离子印迹法分离效果的关键因素。本论文以铁离子为模板离子,选择不同的功能单体和制备方法合成多种铁离子印迹聚合物,对其结构和吸附性能进行表征和评价,并将其应用于钒、铬水溶液体系深度除铁工艺过程,对微量铁杂质获得了较好的脱除效果。本论文取得了如下进展:（1）以本体聚合法制备了含羧酸基团的铁离子印迹聚合物,探究了其制备条件和吸附行为,并将其应用于Cr（Ⅲ）溶液中微量铁杂质的深度脱除。结果表明,丙烯酸功能单体与Fe（Ⅲ）离子的最佳摩尔比为9:1,印迹聚合物对Fe（Ⅲ）离子的最大吸附容量为114.25 mg g-1,在Cr（Ⅲ）溶液中对Fe（Ⅲ）离子的选择性系数和相对选择性系数分别为492.18和50.87。印迹聚合物内羧酸基团与Fe（Ⅲ）离子以静电作用相结合,吸附行为符...
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)北京市
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２论文框架??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｔｈｅ?ｆｒａｍｅｗｏｒｋ?ｏｆ?ｔｈｉｓ?ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ??
?铁离子印迹聚合物的制备及其在钒、铬溶液深度除铁中的应用???在检测Ｃｒ（ＩＩＩ）溶液中的微量铁杂质时，采用基体匹配法消除体系中大量铬元素对??检测结果的干扰。??２．３结果与讨论??２．３．１铁离子印迹聚合物制备条件的优化??２．３．１．１功能单体的选择??作为直接与目标离子相互作用的组分，功能单体是影响离子印迹聚合物性能??的关键因素。本实验初步选定了含有羧酸基团的丙烯酸（ＡＡ）和甲基丙烯酸??（ＭＡＡ），以及含有氮原子的１－乙烯基咪唑（１－ＶＩ）、丙烯酰胺（ＡＭ）和４－??乙烯基吡啶（４－ＶＰ）作为功能单体合成相应的铁离子印迹聚合物。在制备过程中，??Ｆｅ（ＩＩＩ）离子的加入量为１?ｍｍ〇ｌ，Ｆｅ（ＩＩＩ）离子与丙烯酸、甲基丙烯酸的摩尔比为１：１２，??与１－乙烯基咪唑、丙烯酰胺和４－乙烯基吡啶的摩尔比为１：６，交联剂ＥＧＤＭＡ的??加入量为２５?ｍｍｏｌ，引发剂ＡＩＢＮ的加入量为０．０５?ｇ，溶剂乙醇的加入量为１０?ｍＬ。??图２．１为采用不同功能单体聚合前、后铁离子印迹聚合物的图片，白底照片（左??侧）为发生聚合反应前的溶液，黑底照片（右侧）为聚合反应后生成的聚合物。??图２．１采用不同功能单体制备印迹聚合物在聚合前（左）、后（右）的图像??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?Ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｉｍｐｒｉｎｔｅｄ?ｐｏｌｙｍｅｒｓ?ｐｒｅｐａｒｅｄ?ｂｙ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ?ｍｏｎｏｍｅｒｓ?ｂｅｆｏｒｅ??（ｌｅｆｔ）?ａｎｄ?ａｆｔｅｒ?（ｒｉｇｈｔ）?ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ??２８??
?铁离子印迹聚合物的制备及其在钒、铬溶液深度除铁中的应用???铁离子印迹聚合物，经聚合反应后可得到质地均匀的块状聚合物。该现象说明，??丙烯酸类功能单体的存在可以防止Ｆｅ（ＩＩＩ）离子与氮杂环功能单体形成沉淀，进而??造成聚合产物中各组分分布不均匀的问题。因此可尝试采用不同功能单体组合的??方式合成铁离子印迹聚合物。??２．３．１．２模板离子的去除??在聚合反应后，功能单体与模板离子形成的作用位点被固定在特定位置，此??时需要将模板离子从聚合物中去除，以形成与模板离子互相匹配的特征空位。根??据离子印迹聚合物的制备原理可以推断，模板离子去除效果的好坏对聚合物的吸??附能力影响较大。模板离子的去除效果和去模板剂的类型以及功能单体与模板离??子的结合强度等因素有关。在去除过程中，选择合适的去模板剂，采用合理的去??除条件非常重要。??由前述实验可知，丙烯酸和甲基丙烯酸为功能单体制备铁离子印迹聚合物可??得到均匀的块状产物。因此，对这两种单体制备的聚合物进行去模板操作。实验??分别选用了盐酸和硝酸为去模板剂，在３０?°Ｃ下对聚合物中的铁模板离子进行去??除，浸出时间为６ｈ，去模板结果列于图２．３中。??ＵＮＯ??■?ＳＢＣ／??Ａｃｒｙｌｉｃ?ａｃｉｄ?Ｍｅｔｈａｃｒｙｌｉｃ?ａｃｉｄ??Ｆｏｕｎｃｔｉｏｎａｌ?ｍｏｎｏｍｅｒ??图２．３?ＨＣ１与ＨＮ０３的去模板效果对比??Ｆｉｇｕｒｅ?２．３?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｅｍｐｌａｔｅ?ｒｅｍｏｖａｌ?ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ?ｏｆ?ＨＣ１?ａｎｄ?ＨＮ〇３??３０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]酸性矿井水中和—絮凝沉淀除铁试验研究[J]. 郑彭生,杨建超,郭中权,王宇龙,张杰. 能源环境保护. 2019(05)
[2]埃洛石纳米管稳定的Pickering高内相乳液模板制备大孔聚合泡沫吸附分离三氟氯氰菊酯（英文）[J]. 陈香,潘建明,闫永胜. 物理化学学报. 2016(11)
[3]模拟菱锰矿硫酸浸出液中铁离子的去除[J]. 朱宝华,孙廉政,张亚辉,李洪潮,张红新. 金属矿山. 2016(05)
[4]磷酸三丁酯萃取盐酸法湿法磷酸中铁的研究[J]. 金央,李军,李维,邹达. 无机盐工业. 2015(12)
[5]用N235从富铁高酸度硫酸浸出液中萃取除铁[J]. 张魁芳,刘志强,曹洪杨,邱显扬. 中国有色金属学报. 2015(05)
[6]针铁矿法分离铬铁矿硫酸浸出液中Cr3+与Fe3+[J]. 刘佳宁,姜茂发,李昱彤,珅刘美. 过程工程学报. 2015(02)
[7]铬酸铬渣生产铬鞣剂过程除铁技术研究进展[J]. 陈雪梅,邓祥义,姜卫东. 无机盐工业. 2014(09)
[8]酸性矿井水中和沉淀法除铁优化[J]. 周争,赵丽,葛小鹏,赵曙光,姜志琛,王东升. 环境工程学报. 2014(06)
[9]针铁矿法从铜钴矿生物浸出液中除铁的研究[J]. 陈国宝,杨洪英,周立杰,李海军. 有色金属(冶炼部分). 2013(03)
[10]高铁低铜溶液磷酸盐除铁工艺[J]. 杨秋菊,刘久清,蒋彬,刘海翔. 中南大学学报(自然科学版). 2012(10)
博士论文
[1]离子印迹吸附材料的制备及其分离性能研究[D]. 孔德隆.北京化工大学 2018
[2]页岩氧压酸性体系下颗粒应力裂解强化钒溶出过程的机理机制研究[D]. 薛楠楠.武汉科技大学 2017
[3]新型阴离子交换膜高酸多杂质元素含钒溶液分离纯化工艺及机理研究[D]. 李望.武汉科技大学 2013
硕士论文
[1]湿法炼锌中Fe（Ⅲ）水热水解为赤铁矿的研究[D]. 易烁文.昆明理工大学 2018
[2]离子交换树脂脱除混酸废液中铁离子的研究[D]. 蔡澄璐.武汉工程大学 2017
[3]石煤焙烧样加压选择性浸出钒工艺及机理研究[D]. 黄俊.武汉科技大学 2016
[4]Fe（Ⅲ）离子表面印迹材料的制备及其从稀土中去除杂质离子性能的基础研究[D]. 胡伟民.中北大学 2014
[5]Cr（Ⅵ）离子印迹聚合物的合成与应用研究[D]. 李积升.河南工业大学 2013
本文编号：3365676
【文章来源】：中国科学院大学(中国科学院过程工程研究所)北京市
【文章页数】：177 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．２论文框架??Ｆｉｇｕｒｅ?１．２?Ｔｈｅ?ｆｒａｍｅｗｏｒｋ?ｏｆ?ｔｈｉｓ?ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ??
?铁离子印迹聚合物的制备及其在钒、铬溶液深度除铁中的应用???在检测Ｃｒ（ＩＩＩ）溶液中的微量铁杂质时，采用基体匹配法消除体系中大量铬元素对??检测结果的干扰。??２．３结果与讨论??２．３．１铁离子印迹聚合物制备条件的优化??２．３．１．１功能单体的选择??作为直接与目标离子相互作用的组分，功能单体是影响离子印迹聚合物性能??的关键因素。本实验初步选定了含有羧酸基团的丙烯酸（ＡＡ）和甲基丙烯酸??（ＭＡＡ），以及含有氮原子的１－乙烯基咪唑（１－ＶＩ）、丙烯酰胺（ＡＭ）和４－??乙烯基吡啶（４－ＶＰ）作为功能单体合成相应的铁离子印迹聚合物。在制备过程中，??Ｆｅ（ＩＩＩ）离子的加入量为１?ｍｍ〇ｌ，Ｆｅ（ＩＩＩ）离子与丙烯酸、甲基丙烯酸的摩尔比为１：１２，??与１－乙烯基咪唑、丙烯酰胺和４－乙烯基吡啶的摩尔比为１：６，交联剂ＥＧＤＭＡ的??加入量为２５?ｍｍｏｌ，引发剂ＡＩＢＮ的加入量为０．０５?ｇ，溶剂乙醇的加入量为１０?ｍＬ。??图２．１为采用不同功能单体聚合前、后铁离子印迹聚合物的图片，白底照片（左??侧）为发生聚合反应前的溶液，黑底照片（右侧）为聚合反应后生成的聚合物。??图２．１采用不同功能单体制备印迹聚合物在聚合前（左）、后（右）的图像??Ｆｉｇｕｒｅ?２．１?Ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｉｍｐｒｉｎｔｅｄ?ｐｏｌｙｍｅｒｓ?ｐｒｅｐａｒｅｄ?ｂｙ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ?ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ?ｍｏｎｏｍｅｒｓ?ｂｅｆｏｒｅ??（ｌｅｆｔ）?ａｎｄ?ａｆｔｅｒ?（ｒｉｇｈｔ）?ｐｏｌｙｍｅｒｉｚａｔｉｏｎ??２８??
?铁离子印迹聚合物的制备及其在钒、铬溶液深度除铁中的应用???铁离子印迹聚合物，经聚合反应后可得到质地均匀的块状聚合物。该现象说明，??丙烯酸类功能单体的存在可以防止Ｆｅ（ＩＩＩ）离子与氮杂环功能单体形成沉淀，进而??造成聚合产物中各组分分布不均匀的问题。因此可尝试采用不同功能单体组合的??方式合成铁离子印迹聚合物。??２．３．１．２模板离子的去除??在聚合反应后，功能单体与模板离子形成的作用位点被固定在特定位置，此??时需要将模板离子从聚合物中去除，以形成与模板离子互相匹配的特征空位。根??据离子印迹聚合物的制备原理可以推断，模板离子去除效果的好坏对聚合物的吸??附能力影响较大。模板离子的去除效果和去模板剂的类型以及功能单体与模板离??子的结合强度等因素有关。在去除过程中，选择合适的去模板剂，采用合理的去??除条件非常重要。??由前述实验可知，丙烯酸和甲基丙烯酸为功能单体制备铁离子印迹聚合物可??得到均匀的块状产物。因此，对这两种单体制备的聚合物进行去模板操作。实验??分别选用了盐酸和硝酸为去模板剂，在３０?°Ｃ下对聚合物中的铁模板离子进行去??除，浸出时间为６ｈ，去模板结果列于图２．３中。??ＵＮＯ??■?ＳＢＣ／??Ａｃｒｙｌｉｃ?ａｃｉｄ?Ｍｅｔｈａｃｒｙｌｉｃ?ａｃｉｄ??Ｆｏｕｎｃｔｉｏｎａｌ?ｍｏｎｏｍｅｒ??图２．３?ＨＣ１与ＨＮ０３的去模板效果对比??Ｆｉｇｕｒｅ?２．３?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｔｅｍｐｌａｔｅ?ｒｅｍｏｖａｌ?ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ?ｏｆ?ＨＣ１?ａｎｄ?ＨＮ〇３??３０??
【参考文献】：
期刊论文
[1]酸性矿井水中和—絮凝沉淀除铁试验研究[J]. 郑彭生,杨建超,郭中权,王宇龙,张杰. 能源环境保护. 2019(05)
[2]埃洛石纳米管稳定的Pickering高内相乳液模板制备大孔聚合泡沫吸附分离三氟氯氰菊酯（英文）[J]. 陈香,潘建明,闫永胜. 物理化学学报. 2016(11)
[3]模拟菱锰矿硫酸浸出液中铁离子的去除[J]. 朱宝华,孙廉政,张亚辉,李洪潮,张红新. 金属矿山. 2016(05)
[4]磷酸三丁酯萃取盐酸法湿法磷酸中铁的研究[J]. 金央,李军,李维,邹达. 无机盐工业. 2015(12)
[5]用N235从富铁高酸度硫酸浸出液中萃取除铁[J]. 张魁芳,刘志强,曹洪杨,邱显扬. 中国有色金属学报. 2015(05)
[6]针铁矿法分离铬铁矿硫酸浸出液中Cr3+与Fe3+[J]. 刘佳宁,姜茂发,李昱彤,珅刘美. 过程工程学报. 2015(02)
[7]铬酸铬渣生产铬鞣剂过程除铁技术研究进展[J]. 陈雪梅,邓祥义,姜卫东. 无机盐工业. 2014(09)
[8]酸性矿井水中和沉淀法除铁优化[J]. 周争,赵丽,葛小鹏,赵曙光,姜志琛,王东升. 环境工程学报. 2014(06)
[9]针铁矿法从铜钴矿生物浸出液中除铁的研究[J]. 陈国宝,杨洪英,周立杰,李海军. 有色金属(冶炼部分). 2013(03)
[10]高铁低铜溶液磷酸盐除铁工艺[J]. 杨秋菊,刘久清,蒋彬,刘海翔. 中南大学学报(自然科学版). 2012(10)
博士论文
[1]离子印迹吸附材料的制备及其分离性能研究[D]. 孔德隆.北京化工大学 2018
[2]页岩氧压酸性体系下颗粒应力裂解强化钒溶出过程的机理机制研究[D]. 薛楠楠.武汉科技大学 2017
[3]新型阴离子交换膜高酸多杂质元素含钒溶液分离纯化工艺及机理研究[D]. 李望.武汉科技大学 2013
硕士论文
[1]湿法炼锌中Fe（Ⅲ）水热水解为赤铁矿的研究[D]. 易烁文.昆明理工大学 2018
[2]离子交换树脂脱除混酸废液中铁离子的研究[D]. 蔡澄璐.武汉工程大学 2017
[3]石煤焙烧样加压选择性浸出钒工艺及机理研究[D]. 黄俊.武汉科技大学 2016
[4]Fe（Ⅲ）离子表面印迹材料的制备及其从稀土中去除杂质离子性能的基础研究[D]. 胡伟民.中北大学 2014
[5]Cr（Ⅵ）离子印迹聚合物的合成与应用研究[D]. 李积升.河南工业大学 2013
本文编号：3365676
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