聚间苯二胺的醇体系化学氧化制备及其银离子吸附性能

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摘要:含银废水主要来自于电镀液、照相业和实验室化学分析等,直接将其排放到自然界中不仅污染环境而且造成资源浪费。吸附法是处理与回收贵金属污染物高效且环保的方法,开发新型高效的贵金属离子吸附剂一直是国内外的研究热点。本文采用甲醇作溶剂,以间苯二胺为单体,过硫酸钠为氧化剂,通过化学氧化聚合制备出高比表面积的聚间苯二胺纳米棒;在甲醇体系引入有机胺能促进聚合反应的进行,同步调控产物形貌和分子结构;研究了聚合产物对水中银离子的吸附性能。采用透射电镜(TEM)、电子扫描电镜(SEM)、氮气吸附解吸、热重(TG)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)、X-射线衍射(XRD)等表征研究了氧化聚合和吸附的机理。主要研究结果有:(1)甲醇作溶剂,有利于聚间苯二胺一维纳米形貌的形成,提高产物的比表面积和银离子吸附性能,产率也提高了近10%。(2)研究了聚间苯二胺一维纳米形貌形成机制:间苯二胺在甲醇中的聚合速率变慢,初试阶段仅生成质子化的聚间苯二胺纳米粒子,此类纳米粒子随着质子化程度的提高倾向于憎甲醇,致使纳米粒子倾向于堆积,以减小与醇溶剂的接触面积。纳米粒子堆积构成了疏松的纳米棒,经填补式生长最终合成出聚间苯二胺纳米棒。(3)甲醇体系下,有机胺能够有效促进间苯二胺的聚合反应。正丙胺、二正丙胺、三正丙胺、乙二胺和四甲基乙二胺可有效提高聚间苯二胺的产率并降低其氧化态,但对分子形貌影响不大。采用二乙醇胺促进聚间苯二胺合成,不仅产率提高、氧化态下降,而且诱发形成了一维空心纳米形貌。二乙醇胺浓度显著影响聚间苯二胺空心形貌的形成及尺寸,本研究中最适宜二乙醇胺浓度为1.0M。(4)研究了二乙醇胺的作用机制:二乙醇胺中和质子,降低初始阶段形成的聚间苯二胺质子化的程度。同时,二乙醇胺上的羟基和聚间苯二胺的胺基发生分子间作用力(如氢键),驱使二乙醇胺附着于聚间苯二胺粒子表面;由于二乙醇胺在甲醇中的溶解性极好,粘附在粒子上的二乙醇胺会使甲醇中的聚间苯二胺粒子易于分散,减缓了其堆积致密度,从而形成了聚间苯二胺的空心结构。(5)系统研究了聚间苯二胺对银离子的吸附行为,吸附容量达2318.5mg/g。弱酸条件有利于银离子的吸附。聚合物对银离子的吸附性能随着比表面积的增加及氧化态的降低而升高。聚间苯二胺吸附银离子的过程符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学方程,说明吸附反应是发生在吸附剂表面的单层化学吸附。在五次吸附-解吸循环利用实验中,累积银离子吸附量为4162mg/g。(6)聚间苯二胺吸附银离子的机制包括物理吸附、螯合吸附和氧化还原吸附。其中,氧化还原吸附是主要的吸附机制。
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