磁性吸附功能高分子材料的制备及其性能研究

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功能高分子吸附材料是一类重要的功能高分子材料,其理论和应用研究具有十分重要的意义。随着科学技术发展,人们对功能高分子吸附材料提出了越来越多的要求。本学位论文综述了吸附分离材料在国内外的研究进展,设计了易于分离、吸附迅速、吸附容量高、可再生的磁性高分子吸附材料,并探索了集检测和吸附重金属离子于一体的多功能材料的设计和制备。并对所得磁性高分子吸附材料进行了表征及性能研究。本学位论文的主要研究结果如下:1.杂化磁性吸附材料Fe3O4@PGMA-TETA的制备及其性能研究用悬浮聚合和化学改性的方法制备了杂化磁性吸附材料Fe3O4@PGMA-TETA(FPT),该材料中含有大量具有配位作用的N元素,对Hg(Ⅱ)表现出良好的吸附性能。采用红外、透射电镜、元素分析以及VSM等方法对所合成的磁性吸附材料进行了表征,并研究了FPT对水体中Hg(Ⅱ)的吸附去除性能。采用批量实验的方法,研究了介质pH、接触时间、Hg(Ⅱ)初始浓度等因素对FPT吸附Hg(Ⅱ)的影响。结果表明,所合成的材料能够对Hg(Ⅱ)进行快速高效的分离,吸附过程可在15min内达到吸附平衡,最大吸附量可以达到416.66mg/g。吸附过程符合准二级吸附动力学方程和Langmuir等温吸附方程,其吸附机理以化学吸附为主。材料具有超顺磁性,可再外加磁场作用下快速分离。吸附了Hg(Ⅱ)得材料可在5%的硫脲溶液中再生,具有较稳定的重复使用性,可大大降低其成本,是一种性能优异的吸附材料。2.高效可再生磁性高分子吸附材料的制备及其性能研究用原子转移自由基聚合法(ATRP)法合成了聚甲基丙烯酸缩水甘油酯包裹的磁性高分子纳米微球Fe304@SiO2@PGMA(FSP)。FSP的合成过程主要分为三步:首先制备单分散的Fe3O4@SiO2(FS)纳米粒子;然后在该磁性纳米粒子上引入能引发ATRP聚合的烷基溴;用ATRP法合成了磁性高分子纳米微球FSP。随后,通过化学改性的方法将三乙烯四胺(TETA)接到高分子侧链上,引入了大量具有配位作用的N元素,成功的合成了磁性吸附材料Fe3O4@SiO2@PGMA-TETA(FSPT)。用红外、TEM、VSM及元素分析等分析方法对所合成材料进行了表征,并用批实验的方法研究了FSPT对Hg(Ⅱ)的吸附性能。结果表明,FSPT对Hg(Ⅱ)进行快速高效的分离,吸附过程可在5min达到吸附平衡,经拟合得出其饱和吸附量为909.09mg/g,其吸附机理以化学吸附为主。吸附了Hg(Ⅱ)之后的材料可在5%的硫脲溶液中再生,具有稳定的重复使用性,可大大降低其成本,是一种性能非常优异的吸附材料。材料具有超顺磁性,可再外加磁场作用下快速分离。3.可同时检测、吸附Hg(Ⅱ)的多功能磁性高分子材料的制备及其性能研究用ATRP方法合成磁性高分子纳米微球Fe3O4@SiO2@PGMA(FSP),然后通过化学改性的方法将荧光分子引入到吸附材料的设计与合成当中,合成了具有检测、吸附Hg(Ⅱ)的多功能磁性材料Fe3O4@SiO2@PGMA-Rh-TETA(FSPR)。并研究了FSPR对重金属离子Hg(Ⅱ)的荧光响应及吸附性能。结果表明FSPR对Hg(Ⅱ)具有良好的荧光响应性和选择性,且可同时吸附去除水体中的Hg(Ⅱ)。材料具有超顺磁性,可再外加磁场作用下快速分离。
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