新型纤维的制备及对水中磷酸根吸附性能研究

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离子交换纤维材料是近年来功能纤维材料领域中研究的热点之一。由于离子纤维材料自身特点,纤维材料在有毒有害气体污染控制、水污染控制以及重金属离子去除和贵金属富集提取等方面都得到了广泛的研究和应用。磷是植物生长所必须的三大营养元素之一,在自然界中大多数以磷酸盐的形式存在。磷酸根在自然水体中也有大量存在。但是,过量的磷酸盐已被公认为是富营养化和蓝藻爆发的主要元凶之一。磷酸盐的来源十分广泛,从洗涤剂,颜料配制,水处理,电子工业,矿产加工和过量化肥均可以排放到水系统中。现在,已有包括物理、化学和生物等多种技术应用于水体除磷。在这些方法中,吸附已成为有效除磷的研究热点。  本课题研究目的在于制备出一种用于去除水体磷酸根离子的新型纤维。在制备过程中,需要减低化学试剂反应对纤维物理性能的破坏,并使纤维具有一定的吸附能力。本课题以商品化离子交换纤维材料PAN作为基质材料,采用化学改性方法制备了RPFA-II纤维材料。本文探讨了合成RPFA-II纤维材料的最佳工艺条件,并通过红外、扫描电镜和拉力测试,研究了RPFA-II纤维对水中磷酸根的吸附性能。实验结果表明,RPFA-II纤维对磷酸根离子具有一定的吸附去除能力,饱和吸附容量可达5.90mg/g以上,吸附动力学性能优越。当吸附20min时可以达到吸附平衡,对磷酸根离子的去除率在59%左右。吸附过磷酸根离子的RPFA-II纤维可以用1M NaOH溶液实现再生。再生后的研究结果表明,与原RPFA-II纤维相比较,再生后纤维的交换容量略有升高,但断裂强力有所下降,具有一定的再生性能。因此,RPFA-II离子交换纤维可以用于低浓度磷酸根离子(5mg/g)的吸附净化,制备的材料具有再生循环使用性能。  此外,本课题还研究了以商品化离子交换纤维材料FIBANX-1作为基质材料,采用负载固化方法制备和探讨了合成RPFA-V纤维材料的最佳工艺条件,并进行了红外和断裂强力测试,用生物光学纤维镜观察纤维的表面结构,并考察了RPFA-V纤维对水中磷酸根的吸附性能。实验结果表明,RPFA-V纤维对磷酸根离子具有一定的吸附去除能力,饱和吸附容量可达13.84mg/g以上,吸附动力学性能优越。吸附20min时能够达到吸附平衡,对磷酸根离子的去除率在95%以上。吸附过磷酸根离子的RPFA-V纤维可以用1M FeCl3溶液实现再生。再生后的研究结果表明,与原RPFA-V纤维相比较,再生后纤维的交换容量和断裂强力均有所下降,具有一定的再生性能,再生性能有待进一步的提高。RPFA-V纤维材料可以用于低浓度磷酸根离子(5mg/g)的吸附净化,是一种性能优异的吸附材料,并具有再生循环使用性能。  综上,虽然基体材料均为聚丙烯腈纤维,但由于合成工艺的不同,RPFA-II纤维对磷酸根离子的机械性能和吸附容量相对弱于RPFA-V纤维,但其再生性能要优于RPFA-V纤维。这两种材料的制备和对磷酸根离子的吸附性能研究,在吸附法除磷领域仍具有重要的意义。
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