羧基功能化聚芳醚腈:合成、重金属吸附及其稀土配合物的荧光性能

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聚芳醚腈是一类综合性能优异的工程塑料,其化学稳定性好,耐热性高,力学性能优异,广泛应用于交通,航天,电子等领域。但是传统的聚芳醚腈溶解性差,难以溶液加工。本工作在主链上引入扭曲的双酚结构,在不损失材料的耐热性和模量的前提下成功改善了聚芳醚腈的溶解性能。主链上的羧基侧基实现了聚芳醚腈的功能化。将羧基转化为羧酸钠盐,得到的聚芳醚腈可以作为吸附剂吸附水溶液中的重金属离子。基于稀土元素的亲氧性,用羧基与稀土离子配位,可以得到荧光性能优异的稀土配位聚合物材料。具体内容包括:(1)采用溶液亲核缩聚反应,用2,6-二氟苯腈和三种含有不同烷基取代基且含羧基官能团的双酚单体聚合得到可溶性聚芳醚腈,其数均分子量(Mn)和重均分子量(Mw)分别为34.8-12.3kg/mol和52.3-40.2kg/mol。根据XRD测试结果,所有聚合物都为无定形结构。溶解性测试表明,聚合物可以常温溶解在DMSO,DMF,THF等溶剂中。DSC和TGA测试得到所有聚合物玻璃化转变温度均高于217度,热失重5%温度均高于380度。力学性能拉伸测试表明聚合物薄膜具有优异的机械性能,最大拉伸强度为55-90MPa,断裂伸长率为6.6-14.8%,杨氏模量为1.28-1.69GPa。(2)用氢氧化钠将羧基转化为钠盐形式,得到的聚芳醚腈可以作为吸附剂来吸附铜和铅离子,研究其对水溶液中的重金属离子的吸附行为。考察了溶液pH,吸附时间,溶液浓度,温度等因素对吸附量的影响。结果表明,对铜和铅离子的最大吸附量分别为61.35和175.4mg/g,适宜的溶液pH范围为4-7。动力学研究表明吸附过程遵循二阶动力学模型。等温吸附实验数据可以很好的用Langmuir, Freundlich,和Dubinin-Radushkevich模型来拟合。热力学实验表明吸附过程为自发吸热过程。洗脱实验证明了该吸附剂可以很好的重复利用,因此该吸附材料在重金属处理领域有巨大的实际应用价值。(3)以聚芳醚腈作为大分子配体,1,10-邻菲罗啉(Phen)作为小分子配体,选取铕(Eu3+)和铽(Tb3+)作为中心配位离子,制备了一系列荧光性能优异的稀土配位聚合物材料。固体紫外和红外光谱证实了稀土离子成功配位到聚合物主链。XRD测试表明稀土离子均匀的分散在聚合物基体中,避免稀土离子聚集而发生猝灭。将适量试样溶解在DMF中,测试了其荧光激发和发射光谱,得到了铕和铽的特征光谱。通过调配稀土离子比例,共配位的稀土材料在荧光发射谱中表现出颜色可调性。
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