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有机功能纤维材料是近年来研究工作中的热点。依托纤维状功能材料独特的性能,纤维状功能材料在大气污染、水污染控制以及重、贵金属的富集提取等方面都得到了广泛的应用。由于全球砷污染状况的日益严峻、水质标准的日益严格(饮用水中允许最低砷含量已由50ug/L调至10ug/L),本研究旨在合成一种新型的多氨基离子交换纤维材料,用于水体砷污染的去除。在合成的过程中,保持原基体材料的机械性能尤为重要,为了降低材料机械性能的损失,在化学改性之前,先将基体材料与水合肼进行交联,交联后的纤维再与氨化反应剂进行化学反应。
本文探讨了合成多氨基离子交换纤维的最佳工艺条件,得到了多氨基离子交换纤维即RPFA-I离子交换纤维。对RPFA-I纤维进行红外、扫描电镜和拉力测试,确定了氨基官能团已经成功接枝到基体材料腈纶纤维(PAN纤维)表面,而且RPFA-I纤维表面光滑、没有表现出太多的缺陷、抗拉力强度损失较少,很好地保持了基体材料的纤维形态。研究了RPFA-I纤维对水体中砷的吸附性能。实验结果表明,RPFA-I离子交换纤维对两种价态的砷(As(III)和As(V))都有一定的吸附去除能力,尤其对于As(V),饱和吸附容量可达9mg/g以上,吸附动力学性能优越,吸附30min时,已经达到吸附平衡,对As(V)的去除率在93%以上。吸附过As(III)和As(V)的RPFA-I纤维可以用0.1M NaOH溶液实现再生,再生后对纤维的交换容量和抗拉力强度进行测试,结果表明,与原RPFA-I纤维相比较,再生后纤维的交换容量和抗拉力强度没有很大的变化,再生性能优良。因此,RPFA-I离子交换纤维可以用于低浓度砷(5mg/g)的深度吸附净化,并且其再生方法简单、易操作,再生后的纤维可以循环使用。
研究了商品级多氨基纤维材料FibanAK22的吸附性能。FibanAK22纤维是由白俄罗斯国家科学院物理有机研究所研究开发的一种多氨基离子交换纤维材料。对FibanAK22纤维进行了红外、扫描电镜和拉力测试,研究了FibanAK22对水体砷的吸附性能。将FibanAK22纤维和RPFA-I纤维的性能进行对比。结果表明,RPFA-I纤维和FibanAK22纤维具有类似的氨基官能团,FibanAK22纤维的表面较RPFA-I纤维更为光滑,但是FibanAK22纤维表面出现了表皮微微翘起的现象;FibanAK22纤维的抗拉力强度(0.089N)较RPFA-I纤维(0.077N)稍大;在砷吸附性能方面,FibanAK22对砷的饱和吸附容量要略大于RPFA-I,吸附动力学性能也优于RPFA-I;FibanAK22纤维也可以用0.1M NaOH溶液实现再生,再生性能与RPFA-I纤维相当。
由此,与已经商品化的FibanAK22离子交换纤维相比,由于合成工艺的不同,RPFA-I纤维本身的性能以及对砷的吸附性能,都需要进一步的改善,但是,由于RPFA-I纤维对砷也有比较好的吸附去除效果,并且再生性能良好,因此RPFA-I离子交换纤维对于砷污染的去除也有一定的实际意义。