電子束接枝技術(shù)及其在吸附材料制備中的應(yīng)用

電子束接枝技術(shù)及其在吸附材料制備中的應(yīng)用

報告人：曾科博士2012第一屆高分子材料制備及加工新技術(shù)應(yīng)用研討會暨第三屆電子束固化技術(shù)高級研討班

高分子科學(xué)與工程學(xué)院高分子材料工程國家重點實驗室四川大學(xué)主要內(nèi)容1.本課題的研究背景及研究目的2.LDPE-g-VAM螯合樹脂的制備、表征及吸附行為的研究3.LDPE-g-IDA螯合樹脂的制備、表征及吸附行為的研究4.研究結(jié)論

第1章本課題的研究背景及研究目的重金屬離子污染化學(xué)沉淀，離子交換樹脂，生物法……重金屬離子富集回收1946年挪威Skogseid螯合樹脂吸附容量大在一定條件下釋放吸附的金屬離子有一定的金屬離子選擇性局限性研究背景K+功能性官能團-OH、-COOH、-NH2、-SH、-SO4H等傳統(tǒng)的化學(xué)方法引入接枝聚合輻射接枝螯合樹脂傳統(tǒng)接枝螯合樹脂高效，能耗低EB輻射接枝的優(yōu)勢優(yōu)勢基材無選擇性操作簡單、易行條件可控?zé)o引發(fā)劑，純度高電子束與其它輻射源的比較EB60CoUV穿透能力較強（精細(xì)加工）強弱輻射源能量恒定，且在一定范圍可調(diào)逐漸衰減，需定期補充新源需定期更換基材選擇性無無有引發(fā)劑無無有劑量率大小/自由基穩(wěn)定性好好差處理量大小較大操作性可隨時關(guān)機，防護較易連續(xù)輻射，防護要求高容易EB加工是一種節(jié)能、環(huán)保、高效的綠色技術(shù)！ApplicationandResearchCenterforElectronBeamsofCollegeofPolymer-NHVC,SichuanUniversityEB接枝—功能材料基材功能材料離子交換膜材料海水稀有元素提取材料重金屬吸附材料氣體吸附材料選擇性透過膜材料近沸點混合分離膜微粒?離子復(fù)合分離膜纖維材料布?無紡布粉體?粒子通用膜材多孔膜中空纖維膜ApplicationandResearchCenterforElectronBeamsofCollegeofPolymer-NHVC,SichuanUniversity可制備多種功能性材料LDPELDPE耐腐蝕性非常廉價適用于化學(xué)表面修飾難溶水及有機溶劑不易造成二次污染LDPE膜材作為模型研究體系探索接枝的可行性基材的選擇本文的研究背景與思路總結(jié)如下：重金屬離子污染重金屬離子富集回收螯合樹脂聚合接枝電子束EBLDPE基材接枝功能性的官能團(乙烯胺和氨基酸）制備螯合樹脂方法選材

第2章LDPE-g-VAM螯合樹脂的制備、表征及吸附行為的研究ShiroKobayashiJAPAN1988Co2+、Ni2+、Zn2+……聚合，接枝化學(xué)修飾聚丙烯腈吸附材料丙烯腈的化學(xué)修飾性：LDPE-g-VAM螯合樹脂的合成路線表征接枝率的影響條件時間接枝率的影響條件單體濃度輻射劑量反應(yīng)溫度EB輻射接枝丙烯腈的最佳接枝條件最佳輻射條件：單體濃度（w/w）為60%、輻射劑量為200kGy、接枝時間6h，反應(yīng)溫度為50℃(a)-LDPE(b)-LDPE-CN:2243cm-1(c)-LDPE-g-AM:1611cm-1,3353,3203cm-1(d)-LDPE-g-VAM:1560cm-1,1407cm-1第一階段：60-130℃結(jié)合水第二階段：250-450℃LDPE和接枝官能團的分解ATR-FTIR取出溶液測試溶液中金屬離子的濃度公式作圖吸附量吸附率吸附Cu2+前后膜顏色的變化吸附試驗吸附擬合公式Freundlich等溫方程Langmuir方程準(zhǔn)一級動力學(xué)方程準(zhǔn)二級動力學(xué)方程單分子層吸附多分子層吸附初始濃度的影響吸附時間LDPE-g-VAM樹脂吸附Cu2+LangmuirequationFreundlichequationq/(mg/g)k/(L/mg)R2nkR299.6750.04790.98860.294721.4810.9250等溫吸附曲線（左1是吸附量，右2是吸附率）準(zhǔn)一級擬合參數(shù)準(zhǔn)二級擬合參數(shù)qeK1R2qeK2R272.38720.02560.995288.39773.088E-40.9797關(guān)于時間的動力學(xué)吸附曲線pH影響LDPE-g-VAM樹脂吸附Cu+最佳條件的確定溫度影響膜濃度影響LDPE-g-VAM樹脂吸附Cu+的最佳條件pH=4，溫度T=45℃，膜濃度為0.9mg/mL，Cu+濃度降至0.667ppm準(zhǔn)一級動力學(xué)參數(shù)準(zhǔn)二級動力學(xué)參數(shù)K1R2K2R20.01090.94241.321E-40.8218解吸附速率及再生次數(shù)解吸附速率曲線及擬合參數(shù)循環(huán)4次后，吸附量仍有首次的84.6%LDPE-g-VAM吸附材料對Ni2+、Cd2+的吸附性能的研究等溫吸附曲線Cd2+＞Ni2+動力學(xué)吸附曲線Cd2+＞Ni2+pH的影響LDPE-g-VAM不同影響因素對Ni2+、Cd2+吸附性能的研究溫度的影響Cd:TQNi:TQ先后有一最大值30℃Cd:pH=4-6,T=55℃,膜濃度0.7mg/mLNi:pH=4-6,T=30℃,膜濃度1.0mg/mL樹脂用量的影響未吸附吸附Cu2+吸附Cd2+吸附Ni2+表面有很明顯的凸起吸附重金屬離子前后的SEM圖本章小結(jié)紅外，TGA表征吸附性能測試SEM觀察到金屬離子的吸附(1)Cu:C0=70ppm,t=120min,pH=4-6,T=30℃,膜濃度為0.9mg/mL.(2)Cd:C0=150ppm,t=90min,pH=4-6,T=55℃,膜濃度為0.7mg/mL.(3)Ni:C0=135ppm,t=90min,pH=4-6,T=30℃,膜濃度為1.0mg/mL.(4)樹脂對三種金屬離子的等溫與動力學(xué)吸附都符合相應(yīng)的規(guī)律方程

第3章低能電子束輻照制備胺基羧酸型螯合樹脂及其對金屬離子吸附性能的研究M代表金屬離子IDA型樹脂兩種吸附模式pH低pH高每個金屬離子的周圍有2-3個IDA競爭反應(yīng)AkioYuchiJAPAN1997IDA的合成路線吸附Cu2+前后(A)-LDPE(B)-LDPE-g-VAM:1560cm-1,1407cm-1(C)-LDPE-g-IDA:1701cm-1吸附水的揮發(fā)，脫羧副反應(yīng)，IDA型樹脂的紅外和TGA表征LangmuirequationFreundlichequationq∞(mg/g)K(L/mg)R2nkR2LDPE-g-VAM99.6750.04790.98850.294721.4810.9250LDPE-g-IDA99.2020.03990.98080.340016.7250.8974對比VAM和IDA兩種樹脂對Cu+離子吸附的比較等溫吸附曲線吸附溫度為35℃，吸附時間為3h，pH=4準(zhǔn)一級動力學(xué)擬合參數(shù)準(zhǔn)二級動力學(xué)擬合參數(shù)qe(mg/g)k1R2qe(mg/g)k2R2LDPE-g-IDA47.04820.01480.984564.9111.859E-40.9715LDPE-g-VAM72.38720.02560.995288.3253.232E-40.9854動力學(xué)吸附曲線(1)兩種擬合方程都能很好的擬合(2)LDPE-g-VAM＞LDPE-g-IDAC0=21.8mg/L，吸附溫度為室溫（25℃），pH為4對比VAM和IDA兩種樹脂對Cu+離子吸附的比較準(zhǔn)一級動力學(xué)參數(shù)準(zhǔn)二級動力學(xué)參數(shù)k1R2k2R20.01320.97064.312E-40.8546pH＜4，pHQ且LDPE-g-VAM＞LDPE-g-IDApH＞4，二者的吸附量Q趨于穩(wěn)定IDA型樹脂的解吸附速率曲線pH影響曲線準(zhǔn)一級動力學(xué)曲線＞準(zhǔn)二級動力學(xué)曲線對比VAM和IDA兩種樹脂對Cu+離子吸附的比較LDPE-g-IDA吸附材料對Ni2+、Cd2+的吸附性能的研究等溫吸附曲線準(zhǔn)一級動力學(xué)參數(shù)準(zhǔn)二級動力學(xué)曲線qe(mg/g)K1R2qe(mg/g)K2R2Cd2+52.92430.09080.825657.6910.00270.9873Ni2+40.30540.08860.710244.2760.00330.9452tQ90min穩(wěn)定準(zhǔn)二級動力學(xué)曲線＞準(zhǔn)一級動力學(xué)曲線Cd2+＞Ni2+動力學(xué)吸附曲線pH的影響LDPE-g-IDA吸附材料對Ni2+、Cd2+吸附因素影響的研究溫度的影響Cd:先后35℃最大Ni:幾乎沒有影響LDPE-g-IDA吸附材料對Ni2+、Cd2+吸附因素影響的研究膜濃度的影響(1)pH=6,T=25℃，膜濃度=1.0mg/mL(2)樹脂吸附能力：Cd2+＞Ni2+本章小結(jié)紅外，TGA表征吸附性能測試SEM觀察到金屬離子的吸附(1)Cu:LDPE-g-VAM＞LDPE-g-IDA.(2)Cd:C0=145ppm,t=90min,pH=5-6,T=35℃,膜濃度為1.0mg/mL.(3)Ni:C0=135ppm,t=90min,pH=5-6,T=35℃,膜濃度為1.0mg/mL.(4)樹脂對三種金屬離子