苯胺—磺酸基苯胺共聚物的制备及其对染料吸附性能的研究

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聚苯胺及其共聚物由于其较好的环境稳定性和优异的吸附性能,被应用于水体中污染物的吸附去除。本研究采用一种简单、高效且不添加任何诱导剂的氧化共聚法,将苯胺单体和2,4-二氨基苯磺酸单体在盐酸中共聚合,得到高产率的苯胺-磺酸基苯胺共聚物。通过调节两单体的摩尔比,得到一系列具备不同形貌、化学结构的苯胺-磺酸基苯胺共聚物,并利用扫描电子显微镜、透射电子显微镜、Zeta电位仪、比表面积测定仪、X射线衍射仪、红外、紫外和X射线光电子能谱等对共聚物进行了表征;在此基础上研究了苯胺-磺酸基苯胺共聚物对水溶液中染料的吸附性能,并重点研究了其对阳离子染料——亚甲基蓝的吸附性能,探究了共聚物的组成、吸附温度、接触时间、溶液pH值、染料初始浓度和离子强度等实验条件对亚甲基蓝吸附性能的影响。合成及表征结果表明:采用新的共聚方法,即先使苯胺(AN)聚合一段时间,形成苯胺预聚体后,再加入2,4-二氨基苯磺酸(SP)单体参与共聚,合成苯胺-磺酸基苯胺共聚物(PANSP)。共聚物的产率比传统的共聚方法提高了2-20%,且共聚物的形貌、化学结构、表面电荷及比表面积等均受两单体摩尔配比的支配。即随SP单体比例的增加,共聚物颗粒的尺寸逐渐增大,尺寸范围为50-300nm,粒径分布更均一,颗粒内部无孔结构;由于共聚物表面存在大量磺酸基阴离子,使其Zeta电位的零电位点(pHPZC)远低于聚苯胺(pHPZC=5-6);共聚物的比表面积范围为9.7-43.0m2/g。吸附实验结果表明:高磺酸基含量的PANSP共聚物更倾向于吸附阳离子染料亚甲基蓝,而磺酸基含量较低的共聚物更易于吸附甲基橙。共聚物PANSP(8:2)相比其他配比的共聚物,对亚甲基蓝的吸附效果最佳,吸附容量可达118mg/g,为聚苯胺类吸附剂中的最高值。该吸附在较高温度下更易进行,吸附的最适pH值范围为3.5-6.0,且离子强度对吸附效果无影响。该吸附符合Langmuir吸附等温线和伪二阶吸附动力学模型,且吸附行为是离子交换和静电力共同作用的结果。本研究所采用的合成苯胺共聚物的新方法,成本低,易于实施,且合成产率高,能为其他共聚物的合成提供参考;且PANSP(8:2)共聚物对水中的阳离子染料具有较好的吸附效果,扩展了聚苯胺在阳离子染料吸附方面的应用。
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