多孔高分子微球的制备及其在废水处理中的应用

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多孔高分子微球是采用高分子合成手段制备的具有多孔结构的聚合物球形颗粒,其因粒径小、比表面积大、可以控制的孔结构且能分散在体系中不易沉降,在生物、医学、细胞学和环境工程等领域有着广阔的应用前景。悬浮聚合是制备多孔聚合物微球的传统方法,其体系一般由单体、交联剂、致孔剂、引发剂、水组成。在聚合过程中加入惰性溶剂为致孔剂,聚合完成后,提取出致孔剂即得到多孔结构的聚合物微球,该方法工艺简单,并且可以直接把一些功能性物质加入到孔结构中。本文以悬浮聚合的方法制备了微米孔、纳米孔和含磁性的多孔聚苯乙烯微球,系统探讨了微球单分散性、孔性能和磁性强度的影响因素,研究了多孔高分子微球离子交换树脂对工业废水中高浓度铜离子的吸附性能。为研究微球粒径分布的影响因素,本文首先设计了参比实验,考察了交联剂浓度、分散剂浓度、搅拌效果等因素对合成单分散性大孔聚苯乙烯微球的影响。结果表明:搅拌效果和分散剂浓度是影响粒径分布的主要因素。采用液体石蜡为致孔剂,聚乙烯醇为主分散剂,在182.9rpm转速,0.15%分散剂浓度的条件下,可以制备得到目数集中在30-60目,粒径分布理想的大孔聚苯乙烯微球。为研究微球孔性能的影响因素,本文以致孔剂的种类和配比为研究对象,考察了单一致孔剂和混合致孔剂、良溶剂致孔剂和非良溶剂致孔剂在不同配比下对微球孔结构的影响,其中非良溶剂致孔剂选用了液体石蜡和乙酸乙酯,良溶剂致孔剂选用了甲苯。结果表明:在保证一定交联度的情况下,采用非良溶剂液体石蜡和良溶剂甲苯混合溶剂为致孔剂,可以制备得到孔径分布均匀、孔比表面积较大、含纳米孔的多孔聚苯乙烯微球。为研究磁性复合微球制备的影响因素,本文采用共沉淀法制备了纳米Fe3O4颗粒,并利用透射电镜(TEM),X射线衍射(XRD),样品振动磁强计(VSM)和粒度分析仪对其形貌、晶型、粒径分布和磁响应性进行了表征。结果表明,制得的Fe3O4颗粒粒径分布在8-20nm之间,平均粒径为14nm,且粒径分布比较均匀。XRD谱图表明所得颗粒为纯相Fe3O4。结合之前的实验结论,进一步考察了分散剂浓度、引发剂浓度和磁性粒子加入量等因素对磁性多孔复合微球制备的影响,初步掌握了制备工艺,并利用扫描电镜(SEM)和样品振动磁强计(VSM)对微球的形貌和磁响应性进行了表征。结果表明:提高分散剂浓度,能有效提高聚合过程中磁性复合微球的分散稳定性,制备得到磁含量较高、磁响应性较好且粒径分布均匀的磁性大孔微球。本文将制备得到的高分子复合微球进行磺化处理,制备了强酸型阳离子交换树脂,用于吸附工业废水中的高浓度铜离子。采用二乙基二硫代氨基甲酸钠萃取光度法,测定了两种离子交换树脂对铜离子的去除率,比较了不同铜离子浓度和溶液pH值对去除率的影响,以及两种离子交换树脂的再生性能。结果表明:两种离子交换树脂对不同浓度和pH值的铜离子溶液均有较强的吸附,吸附率达到了99%以上;且经过质量分数为8%的盐酸溶液多次淋洗后,脱附率达到了90%以上,能进行再生使用。基于实验结果,将两种树脂对含高浓度铜离子的工业电镀废水进行了吸附处理,均达到了99%以上的吸附率,具有实际的应用价值。
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