侧链液晶聚醚螯合树脂的制备及其对Cu2+的吸附性能研究

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我国是一个严重贫水的国家,而工业发展中产生大量废水,废水中含有大量稀有或者有毒的金属离子,由于螯合树脂具有吸附容量大、吸附速率及吸附率高且具有操作方法简单和成本低的优点,在废水处理中具有广泛应用。本文以环氧环己烷和环氧氯丙烷为单体,通过开环聚合法得到共聚醚,以聚醚为主链通过wilianmson成醚法接枝介晶基元对羟基联苯,并对聚合物进行Blanc氯甲基化,最终以亚氨基二乙酸二乙酯为螯合基团,合成了一种侧链液晶聚醚型螯合树脂,通过EDTA滴定法,研究了螯合树脂对Cu2+的吸附性能。具体研究内容如下:(1)通过开环聚合反应,以环氧环己烷和环氧氯丙烷为原料,BF3·OEt2(三氟化硼乙醚)为催化剂,(EG)乙二醇为起始剂,二氯甲烷为溶剂合成了分子量为1100,氯含量为22.2%的共聚醚主链。FTIR表明所合成的透明粘稠的聚合物为目标产物。通过改变加入两种单体的比例、调整聚合反应的温度和时间,分别探索了起始剂用量、原料比、反应温度和反应时间与共聚醚产物分子量之间的规律,且分别在起始剂用量为原料量的2%、环氧环己烷与环氧氯丙烷比例为2:3、反应温度为0℃、反应时间为5.5 h时聚醚分子量最大。(2)分别以甲苯和水作为溶剂,对羟基联苯、NaOH为原料,碱法制备对羟基联苯酚钠盐,对比在不同温度下两种溶剂与对羟基联苯酚钠盐产率之间的规律,发现随温度升高,以水为溶剂产率先升高后降低,以甲苯为溶剂产率逐渐升高。水和甲苯作为溶剂在各自的最佳温度条件下最高产率分别为93.4%和88.6%。(3)以自制的共聚醚和对羟基联苯酚钠盐为原料,利用wiliamson成醚法在聚醚上接枝介晶基团,接枝率为70.8%,利用FTIR确定了聚合物的结构为目标产物结构。探究了溶剂量、反应温度和反应时间对接枝率的影响,发现随着溶剂量的的增加,接枝率逐渐降低;随着反应温度的增高接枝率先增大后减小,随反应时间的增长接枝率先增大后不变。(4)分别利用自制的氯甲基化试剂1,4-二氯甲氧基丁烷(BCMB)和Blanc氯甲基化对接枝接枝介晶基元的聚合物进行氯甲基化,反应后聚合物的氯含量分别为10.1%和13.9%。氯甲基化后的聚合物以亚氨基二乙酸二乙酯为原料接枝螯合基团最终得到螯合树脂。通过FTIR、TG、DSC对螯合树脂的结构性能和热力学稳定进行了分析,确定所得产物为目标产物,热稳定性良好,热失重残余量为46.5%,通过DSC曲线可以看出:树脂在升温过程中分别在86.8℃进入液晶相,在230℃从液晶态进入各向同性态,且在较长的区间温度内具有稳定的液晶性能。(5)利用EDTA滴定法探究了螯合树脂对Cu2+的吸附性能,树脂的最大静态吸附量为18.67 mmol/g,在pH=6,温度为60℃,时间为4 h,初始浓度为0.15mol/L时,螯合树脂对Cu2+的吸附量最大,分别为19.72 mmol/g,21.68 mmol/g,20.3 mmol/g,22.0 mmol/L。同时,对螯合树脂的等温吸附和动力学研究表明,螯合树脂对Cu2+的吸附行为符合Langmuir和准二级动力学方程。考察了树脂对Cu2+的吸附再生性能,经过5次吸附、解吸实验,吸附容量降低了14.7%,表明螯合树最具有良好的吸附再生性能。
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