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

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