论文部分内容阅读
本课题基于气凝胶的可设计性和可嫁接基团的性能,设计制备出一种新型的三聚氰胺/硫脲/甲醛(MTF)气凝胶,研究了其对Au3+和Ag+的吸附和选择性吸附性能及吸附机理,最后通过引入一定量的淀粉、纤维素和壳聚糖制备出三聚氰胺/硫脲/甲醛(MTF)复合气凝胶,改善了气凝胶力学性能的同时并保障了对Au3+的吸附容量。首先,在三聚氰胺甲醛(MF)体系中引入硫脲制备出了一种用于吸附和选择性吸附贵金属离子的新型三聚氰胺/硫脲/甲醛(MTF)气凝胶。为使硫脲能更好地与三聚氰胺甲醛相结合,对实验条件进行了优化,得到当反应体系温度为95℃、反应物配比为5%、反应物浓度为10%、反应体系pH值为1.0时湿凝胶的凝胶化时间最短,在凝胶化的过程中采用激光粒度分析仪得到了凝胶化过程中溶胶粒径的长大过程。最终制备的三聚氰胺/硫脲/甲醛(MTF)气凝胶具备典型的三维空间网络构造,比表面积达439.3 m2·g-1,平均孔径为1.8 nm。该制备工艺简单,凝胶化时间短,成本低,有利于发展气凝胶面向实际的应用。采用静态吸附法,研究了三聚氰胺/硫脲/甲醛(MTF)气凝胶对Au3+和Ag+的吸附性能,为使MTF气凝胶达到最佳的吸附效果对实验参数进行了优化,结果表明当反应体系温度为60℃、吸附时间为10h、反应溶液pH值为3.0及贵金属离子的初始浓度为3.0 mg·ml-1时吸附容量最大,对Au3+和Ag+的吸附容量分别为409.69 mg·g-1和87.99 mg·g-1。最后验证了 MTF气凝胶对Ag+的选择性吸附能力,并将吸附性能和选择性吸附能力与树脂进行了比较,得到MTF气凝胶对Ag+吸附性能比树脂提高了39%,且选择性吸附能力高于MTF树脂。经过对吸附数据的处理,研究了吸附热力学和吸附动力学,并对等温模型Langmuir和Freundlich进行了线性拟合,结合SEM和FT-IR的表征分析了聚氰胺/硫脲/甲醛(MTF)气凝胶与贵金属离子间的反应机理。结果表明气凝胶对Au3+和Ag+的吸附过程符合G.E.Boyd液膜扩散方程及Langmuir等温模型。通过热力学公式计算得到了吸附过程中的ΔH>0,ΔG<0,ΔS>0,说明吸附过程为自发的吸热过程且吸附前后体系中的混乱度有所增大。红外谱图表明S、N、O原子在吸附过程中可能发生了配位反应,向Au3+和Ag+提供了电子。前期实验制备的MTF气凝胶强度低、韧性差,对后期的实际应用带来了诸多不便。因而为了改善MTF气凝胶的力学功能,本实验引入了淀粉、纤维素和壳聚糖三种大分子物质制备出MTF复合气凝胶,优化了三种物质的添加量,得到当淀粉、纤维素和壳聚糖的添加量分别为0.6 g、0.17 g和0.3 g时,MTF气凝胶的收缩率最低。制备出的MTF复合气凝胶均比MTF气凝胶成形性好,其中MTF/S-0.6复合气凝胶能承受200 g的压力,且具有一定的伸缩性。最后验证了三种复合气凝胶对Au3+的吸附能力,结果表明MTF/S-0.6复合气凝胶的吸附性能较好。