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弱酸型离子交换纤维的制备及其对废水中金属离子的吸附

论文类型 技术与工程 发表日期 2001-11-01
来源 第二届环境模拟与污染控制学术研讨会
作者 陈捷,杨黎明,陈丽琴
关键词 辐射接枝 聚丙烯纤维 丙烯酸 离子交换
摘要 本文采用预辐射接枝法,对聚丙烯纤维用60Coγ射线在空气中进行预辐照,然后将样品置于丙烯酸(AAc)水溶液中进行接枝反应。研究了各种添加剂(如硫酸亚铁、亚硝酸钠、硫酸、甲醇等)对接枝率的影响,同时研究了接枝后的纤维对铜离子的吸附作用。结果表明,在一定的范围内,反应时间的增加、单体浓度的增大都有利于接枝率的提高;加入一定量的硫酸亚铁、亚硝酸钠、甲醇等添加剂都具有一定的阻止均聚和增强接枝的作用。接枝AAc后的纤维对铜离子有交换吸附作用,将接枝AAc后的聚丙烯纤维用氢氧化钠水溶液处理后,其对铜离子的吸附速度明显

陈捷 杨黎明 陈丽琴
(上海大学环境与化工学院,化工系,上海市嘉定区,邮编:201800)

  摘 要:本文采用预辐射接枝法,对聚丙烯纤维用60Coγ射线在空气中进行预辐照,然后将样品置于丙烯酸(AAc)水溶液中进行接枝反应。研究了各种添加剂(如硫酸亚铁、亚硝酸钠、硫酸、甲醇等)对接枝率的影响,同时研究了接枝后的纤维对铜离子的吸附作用。结果表明,在一定的范围内,反应时间的增加、单体浓度的增大都有利于接枝率的提高;加入一定量的硫酸亚铁、亚硝酸钠、甲醇等添加剂都具有一定的阻止均聚和增强接枝的作用。接枝AAc后的纤维对铜离子有交换吸附作用,将接枝AAc后的聚丙烯纤维用氢氧化钠水溶液处理后,其对铜离子的吸附速度明显提高。
  关键词:辐射接枝;聚丙烯纤维;丙烯酸;离子交换

1.实验原理

  采用60Coγ射线对聚丙烯纤维进行辐照,使之产生具有一定活性的自由基或过氧化物,引入单体后,这些自由基或过氧化物在一定条件下可引发接枝反应。一般纤维接枝后,其表面都具有某种官能团的性质。因此对聚丙烯纤维接枝丙烯酸,可将羧基引入纤维表面,使之成为可交换某些阳离子的特种纤维,从而可吸附废水中的重金属离子。本文以铜离子为例,测定了不同条件下纤维对铜离子的吸附量。

2.结果与讨论

  2.1单体浓度对接枝率的影响
  本实验考察了AAc浓度为10%~40%的接枝反应情况,结果表明,在这一范围内,接枝率随单体浓度的增大而线性增大。当浓度高于40%时,一方面均聚反应较严重,另一方面单体利用率不高,因此不予考虑。
  2.2 接枝时间对接枝率的影响
  AAc的接枝率随接枝时间的增加而线性增大,当反应进行到一定时间后,接枝率不再增加。
  2.3添加剂对接枝率的影响
  本实验选用了硫酸亚铁(FeSO4)﹑ 甲醇(CH3OH)﹑亚硝酸钠(NaNO2)等具有一定氧化还原作用的化合物分别加入反应体系,以期达到阻止均聚,增强接枝的目的。
  FeSO4是最为常用的接枝反应增强剂,在许多接枝反应体系中,具有很好的阻止均聚和增强接枝的作用。亚铁离子在预辐射接枝反应中的阻聚及增强作用,普遍认为主要是以下氧化还原反应的结果[8,9]:

ROOH + Fe2+ → RO· + Fe3+ + OH-

  这一反应还能降低过氧化物的分解温度,但是FeSO4的添加量超过一定量时,则要与反应的自由基RO·发生如下反应

RO· + Fe2+ → RO- + Fe3+

  这一反应使增长着的接枝链失去活性,从而削弱接枝反应。
  如果没有阻聚剂则在接枝反应过程中很容易发生均聚反应。均聚物一旦形成,就会附着在纤维表面很难除尽,从而造成假性接枝。
  实验首先考察了FeSO4在含H2SO4条件下,预辐照的PP纤维接枝AAc的情况,结果表明,AAc的接枝率先随FeSO4含量的增加而增大,然后随FeSO4含量的增加而逐渐减小。当FeSO4含量在1.0×10-3M附近时,AAc的接枝率达到最大值。原因是当FeSO4适量时,使得·OH自由基变成OH-,达到阻止均聚的目的;而当FeSO4过量时,不仅·OH自由基变成OH-,而且使RO·自由基变成RO-,从而使链增长反应失活,最终导致接枝率降低。
除了FeSO4外,本实验还分别研究了CH3OH的量和NaNO2浓度对预辐照的PP纤维接枝AAc的影响。结果表明,二种添加剂对接枝体系中的AAc具有较好的阻聚效果及增强接枝作用。体系在CH3OH量为2.5×10-3M附近接枝率有一个最大值。而对于NaNO2来说,只需加入约10-7M后,就不再有明显的均聚反应。
  2.4 接枝AAc后的PP纤维对铜离子的吸附
  实验考察了不同接枝率对铜离子吸附量的影响,也考察了离子解吸附与纤维再生后对吸附率的影响。结果表明,纤维对铜离子的吸附率随接枝率的增大而提高(如图1所示)。接枝AAc后的纤维经NaOH溶胀处理后,对铜离子的吸附有明显提高(如图2所示)。

3. 结论

  1.与硫酸亚铁(FeSO4)相似,亚硝酸钠(NaNO2)和甲醇(CH3OH)等对AAc水溶液体系的接枝反应都有一定的增强作用。
  2.接枝AAc的PP纤维对铜离子有很好的吸附作用。

参考文献

  1. Stefanova, R.Y., Water Science and Technology v 39 n 8 1999. p 139-146
  2. 姚占海,饶蕾,徐俊,辐射研究与辐射工艺学报,1997,15(2),65-70
  3. Jukka L.,Kaisa V.,Heikki T., J. Appl. Polym. Sci., 1998,68(3),355-362
  4. Jie Chen; Liming Yang; Minghong Wu et al. Radiat. Phys. Chem., 2000, 59(3):313-316

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