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离子交换纤维是一种纤维状离子交换材料。它与离子交换树脂相比,具有更大的比表面积,交换与洗脱速度更快,应用形式多样,适用于各种方式的离子交换过程以及应用范围广,是一种有着广阔发展前景的新型功能材料。但是,现有离子交换纤维普遍存在着制造成本高、工艺复杂、交换容量小等缺点。
聚氯乙烯作为一种已经广泛运用的通用树脂,在熔融纺丝方面开展的研究还不是很多。本课题中应用PS与PVC共混,PS作为有机刚性粒子,起着增韧PVC的作用,可使其强度、模量、变形温度等都等到改善。同时,在交联剂和交联助剂的作用下,应用交联-共混协同技术达到改善聚氯乙烯的耐热性。苯乙烯被接枝到PVC大分子上,作为“就地相容剂”对PVC/PS共混物进行增容改性,使共混物的相容性有了明显的改善,从而PS更好的增韧PVC,改善了聚氯乙烯的使用温度范围,使其能满足熔融纺丝,得到了具有较好力学性能的改性PVC/PS型基体纤维,断裂强度可达1.426cN/dtex,能满足后处理的要求,具有制造成本低,方法简单,能利用化学纤维工厂现有设备等优点。
本文在成功得到具有较好力学性能的改性PVC/PS型基体纤维后,鉴于Friedel-Crafts交联反应在吸附树脂分子结构设计与合成方面的成功应用,采用不同的交联剂,在纤维上成功的进行了Friedel-Crafts反应,对纤维进行交联反应,进一步提高了纤维的力学性能。在此基础上,分别对纤维进行磺化反应和胺化反应,在纤维上引入了不同的化学功能基团,制备出了具有较高离子交换容量和较好机械性能的酸性离子交换纤维和碱性离子交换纤维,静态交换容量分别达到5.22mmol/g和4.76mmol/g,而断裂强度均超过1cN/dtex,具有很好的实际应用价值。本文还对合成前后纤维的热稳定性、结构等性质进行了考察与测试,结果表明合成后纤维具有良好的热稳定性,详细地探讨了磺化机理和胺化机理。利用新合成的两类离子交换纤维分别对废水中的金属离子、有机废水中常见的污染物苯胺和苯酚进行吸附分离实验,并对吸附分离过程的吸附机理、吸附热力学和动力学行为进行了系统研究。结果表明所合成的2种纤维均表现出了较好的吸附分离性能,不但分离能力提高,而且分离速度明显加快,从而为其在相关领域中的应用奠定了一定的理论基础,具有较高的实用价值。