新型超高交联树脂的制备及其对硝基芳香化物吸附性能研究

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吸附树脂因其具有高比表面积、良好的机械性能、易再生等优点,在处理硝基芳化物废水方面得到广泛应用。超高交联树脂的制备,目前主要以具有一定交联度的氯球(含氯量在1718%)为原料,通过氯球内部的付克反应,进行后交联。然而尚未有详细地研究后交联反应中各因素对树脂结构和对硝基芳化物吸附量的影响。另外,对于极性较强的硝基芳化物吸附质(硝基苯酚、对硝基苯甲酸等)的吸附,普通的大孔和超高交联树脂的吸附量一般较低,因而树脂的功能基化尤为必要。通过在树脂表面引入含有胺基、酚羟基、羧基等官能团,可以明显改善树脂对这类吸附质的吸附行为。然而,现在文献中报道的功能基化的方案大都以氯甲基为基础。为了拓展树脂改性方案,本研究中将尝试一种新的途径。本研究中以氯球为原料制备一系列的超高交联树脂,并在超高交联树脂的基础上进行功能基化,而且功能基化的方案不再以氯甲基为基础。具体研究内容及结果如下:(1)在详细对比溶剂、催化剂、反应时间、温度因素后,制备出DMF体系(N,N-二甲基甲酰胺体系)、NB体系(硝基苯体系)、CH体系(二氯乙烷体系为主)的超高交联树脂。制备的最优树脂,命名为CH-10,树脂的比表面积达到了1329.3 m2/g。对硝基苯、硝基甲苯、二硝基苯等硝基芳香化物有良好的吸附作用。尤其在低浓度硝基苯溶液中下(100 mg/L),CH-10树脂对硝基苯的吸附量能够高出H-103的40%左右。使用各种吸附数学模型模型研究吸附行为,结合树脂结构数据,发现树脂的微小介孔孔道结构对硝基苯在树脂内部的扩散有重要影响。(2)为了改善完全后交联树脂对对硝基苯甲酸、硝基苯酚的吸附行为,使用不同种类的硝化试剂(HNO3、H2SO4/HNO3、HNO3/有机溶剂、NH4NO3/Ac2O等)对DCE-4h树脂进行硝化,再使用SnCl2将硝基、亚硝基还原为胺基。在确定HNO3/有机溶剂体系后,系统地研究了硝化试剂的用量,硝化温度、时间对树脂结构和还原树脂对对硝基苯甲酸吸附量的影响。通过BET分析,发现硝化还原过程虽然降低了树脂比表面积,但是却增加了介孔的孔容;通过红外和元素分析,发现硝化还原过程在树脂DCE-4h的表面引入含氮、氧元素的官能团,改善了树脂表面的物化性质。改性树脂对对硝基苯酚和对硝基苯甲酸的吸附量有了进一步的提高,吸附动力学行为也得到改善。功能基树脂中最佳树脂对对硝基苯酚和对硝基苯甲酸的吸附量是同等吸附条件下商业树脂H-103的1.23倍和1.32倍。
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