聚乙烯胺的重金属离子吸附材料性能研究
本论文旨在研究聚乙烯醇海绵（简称cPVA海绵）接枝聚乙烯胺制备的最佳工艺条件，比较了运用N-乙烯基甲酰胺制备的cPVA/PVAm（文中统一称为cPVA//PVAm(1)）和用丙烯酰胺制备的cPVA/PVAm（文中统一称为cPVA/PVAm(2)）的反应时间对接枝程度的影响，确定合理的制备时间。并以Cu2+为探针，检测两种方法制备的cPVA/PVAm对重金属离子的吸附效果。再用cPVA/PVAm(1)和cPVA/PVAm(2)为样品，分别从吸附动力学及吸附热力学两方面建立重金属吸附实验，考察其吸附性能。吸附动力学表明cPVA/PVAm(1)和cPVA/PVAm(2)都符合准二级动力学模型。吸附热力学表明cPVA/PVAm(1)和cPVA/PVAm(2)都较符合Langmuir曲线，吸附过程是吸热过程，且物理吸附和化学吸附同时存在。 关键词 接枝聚合 聚乙烯胺 吸附 重金属离子
目 录
1 引言 1
1.1 吸附法去除重金属离子的研究进展 1
1.2 壳聚糖吸附剂的研究进展 2
1.3 聚乙烯胺材料的研究进展 3
1.4 主要的接枝聚合方法进展 4
1.5 研究的目的和意义 5
2 实验部分 6
2.1 主要仪器及试剂 6
2.2 实验内容 7
3 实验结果与讨论 10
3.1 海绵红外表征及外形 10
3.2 反应时间对接枝度的影响 11
3.3 PVA/PVAm(1)与PVA/PVAm(2)的吸附动力学实验 12
3.4 PVA/PVAm(1)与PVA/PVAm(2)吸附热力学实验 14
结论 20
致 谢 21
参考文献 22
1 引言
现代经济不断发展变化，而工业发展高度集中，在工业生产中的重金属对人类产生的危害越来越严重，这已经成为当代社会不可忽视的一种环境污染。这些在工业生产中产生的重金属离子通过各种渠道进入水中,然后通过水体中各种生物食物链的富集,最后通过水产品进入到了人体中,并对人体健康造成危害。所以在当今社会环境中对于重金属的污染治理 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
是刻不容缓的，并且在防治治理的同时也要加大对于重金属离子吸附的研究。现在的很多重金属废水的净化剂价格偏高,无法普及到生活各处，这一现象也给废水净化带来了很大难度。因此研制出一种净化效果好，成本低的新型重金属废水净化剂是十分有必要的,也便于满足在工业废水处理中的需要。
1.1 吸附法去除重金属离子的研究进展
有许多仿佛去除水中的重金属。传统的方法有活性炭吸附、离子交换树脂吸附、离子沉淀等。近十几年来,许多研究者探索了各种廉价高效的吸附剂,包括工业副产物、天然矿物、壳聚糖、黄药类、单宁类、有机复合材料以及生物吸附剂等。[1]
1.1.1 矿物吸附剂
许多非金属矿物都能够吸附重金属离子，如蒙脱石、沸石、海泡石等，它的吸附原理是通过离子交换吸附、表面和层间的配合和共沉淀吸附重金属离子。
1.1.2 单宁吸附剂
单宁中含有羟基及酚类物质，而这些就是吸附重金属离子的活性组分。在单宁的吸附中，苯酚羟基上的氢原子离子与重金属离子交换,形成了络合物从而吸附了重金属离子。但是很多含有单宁的原料有着明显的缺点，因为单宁中的酚溶解造成了水色度的增加,所以单宁在离子的吸附中需要进行化学改性。
1.1.3 木素类吸附剂
木素是一种在造纸废液中提取出来的物质，其主要吸附基团是多元酚或者其它表面基团,其机理可能是通过离子交换取代使其中的重金属产生络合作用。
1.1.4 人工合成的吸附剂
黄原酸盐吸附是由有机基质(如淀粉,纤维素等)，在NaOH的溶液中和二硫化碳反应而制成,它对于重金属的吸附原理是重金属离子和吸附剂的硫原子螯合。
1.1.5 有机复合材料吸附剂
聚乙烯硅胶聚乙烯胺复合材料是一种使用寿命长、成本低的有机复合材料，其吸附的原理主要由于在其合成过程中加入的官能团，而对于不同离子的吸附需要选择加入不同的官能团。
1.1.6 微生物吸附剂
微生物的细胞壁中存在各种聚合物，而这种聚合物中又存在着许多对于重金属离子有着吸附作用的活性基因。吸附机理包括吸附、配位、螯合、离子交换以及微沉淀等。根据距今研究可知,吸附剂中运用微生物的研究主要集中在真菌和藻类上,而其主要原因是它们的吸附能力比较大。
1.1.7 壳聚糖的性质
它主要由其碳原子上的羟基和第五碳原子上的氨基中的氢原子吸附重金属离子，使其与重金属离子发生离子交换,从而形成了一种能够吸附重金属离子且具有很大吸附容量的络合物。壳聚糖粉体的孔隙率较低,比表面积小,易在水中溶解或者生物降解,因此，有必要将粉末状的壳聚糖制做成为多孔球状,使其易于装柱吸附。
而在这些吸附材料中，壳聚糖在吸附中具有广泛的应用，且其资源丰富，有着很大的利用空间。
1.2 壳聚糖吸附剂的研究进展
当今研究对于有关壳聚糖吸附剂的改性方式、制备工艺以及它对于金属离子的吸附机理，都已经进行过了大量的研究，并且也取得了很多有价值的成果。 壳聚糖吸附剂现今主要有壳聚糖微球和壳聚糖膜这两种吸附形态，而其对于废水中浓度较低或者微量的重金属离子的吸附有着很好的吸附效果。[2]
但壳聚糖也有一些明显的缺点，其机械强度不高，且易在酸性介质中溶解，同时其对于重金属离子吸附的效果也极易受水质的影响,这些也使得壳聚糖在重金属废水吸附中的应用受到了很大的限制。因此,通过改变壳聚糖的结构和性质，改进壳聚糖的制备方法，制备出性能优良的壳聚糖吸附剂,并将其应用于水体中的重金属离子吸附,同时也获得了许多成果。
通过研究可以发现，壳聚糖结构中富含有—NH2和—OH基团能够较强的结合金属离子[3],同时对水中的微量重金属也有着较好的去除效果；除此之外，壳聚糖具有无毒、可生物降解等特点，可见它是一种十分理想的重金属吸附剂，并通过各种含重金属废水的深度处理，可以看出其对于金属离子吸附有着很好的优越性[4]。
而聚乙烯胺中也含有大量的—NH2，根据壳聚糖的吸附原理，聚乙烯胺在废水中也有望取得良好的成绩。
1.3 聚乙烯胺材料的研究进展
聚乙烯胺是一种高分子树脂材料,且其中含有了许多氨基，这些氨基的存在也为功能性高分子材料的制备提供了条件[5]。它是一种新型的链状水溶性高分子材料，由于其侧链含有大量的高活性氨基，所以它呈现阳离子性。并且其分子链的长度以及电荷的密度都可以根据实际的应用需要来设计。
目 录
1 引言 1
1.1 吸附法去除重金属离子的研究进展 1
1.2 壳聚糖吸附剂的研究进展 2
1.3 聚乙烯胺材料的研究进展 3
1.4 主要的接枝聚合方法进展 4
1.5 研究的目的和意义 5
2 实验部分 6
2.1 主要仪器及试剂 6
2.2 实验内容 7
3 实验结果与讨论 10
3.1 海绵红外表征及外形 10
3.2 反应时间对接枝度的影响 11
3.3 PVA/PVAm(1)与PVA/PVAm(2)的吸附动力学实验 12
3.4 PVA/PVAm(1)与PVA/PVAm(2)吸附热力学实验 14
结论 20
致 谢 21
参考文献 22
1 引言
现代经济不断发展变化，而工业发展高度集中，在工业生产中的重金属对人类产生的危害越来越严重，这已经成为当代社会不可忽视的一种环境污染。这些在工业生产中产生的重金属离子通过各种渠道进入水中,然后通过水体中各种生物食物链的富集,最后通过水产品进入到了人体中,并对人体健康造成危害。所以在当今社会环境中对于重金属的污染治理 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072￥
是刻不容缓的，并且在防治治理的同时也要加大对于重金属离子吸附的研究。现在的很多重金属废水的净化剂价格偏高,无法普及到生活各处，这一现象也给废水净化带来了很大难度。因此研制出一种净化效果好，成本低的新型重金属废水净化剂是十分有必要的,也便于满足在工业废水处理中的需要。
1.1 吸附法去除重金属离子的研究进展
有许多仿佛去除水中的重金属。传统的方法有活性炭吸附、离子交换树脂吸附、离子沉淀等。近十几年来,许多研究者探索了各种廉价高效的吸附剂,包括工业副产物、天然矿物、壳聚糖、黄药类、单宁类、有机复合材料以及生物吸附剂等。[1]
1.1.1 矿物吸附剂
许多非金属矿物都能够吸附重金属离子，如蒙脱石、沸石、海泡石等，它的吸附原理是通过离子交换吸附、表面和层间的配合和共沉淀吸附重金属离子。
1.1.2 单宁吸附剂
单宁中含有羟基及酚类物质，而这些就是吸附重金属离子的活性组分。在单宁的吸附中，苯酚羟基上的氢原子离子与重金属离子交换,形成了络合物从而吸附了重金属离子。但是很多含有单宁的原料有着明显的缺点，因为单宁中的酚溶解造成了水色度的增加,所以单宁在离子的吸附中需要进行化学改性。
1.1.3 木素类吸附剂
木素是一种在造纸废液中提取出来的物质，其主要吸附基团是多元酚或者其它表面基团,其机理可能是通过离子交换取代使其中的重金属产生络合作用。
1.1.4 人工合成的吸附剂
黄原酸盐吸附是由有机基质(如淀粉,纤维素等)，在NaOH的溶液中和二硫化碳反应而制成,它对于重金属的吸附原理是重金属离子和吸附剂的硫原子螯合。
1.1.5 有机复合材料吸附剂
聚乙烯硅胶聚乙烯胺复合材料是一种使用寿命长、成本低的有机复合材料，其吸附的原理主要由于在其合成过程中加入的官能团，而对于不同离子的吸附需要选择加入不同的官能团。
1.1.6 微生物吸附剂
微生物的细胞壁中存在各种聚合物，而这种聚合物中又存在着许多对于重金属离子有着吸附作用的活性基因。吸附机理包括吸附、配位、螯合、离子交换以及微沉淀等。根据距今研究可知,吸附剂中运用微生物的研究主要集中在真菌和藻类上,而其主要原因是它们的吸附能力比较大。
1.1.7 壳聚糖的性质
它主要由其碳原子上的羟基和第五碳原子上的氨基中的氢原子吸附重金属离子，使其与重金属离子发生离子交换,从而形成了一种能够吸附重金属离子且具有很大吸附容量的络合物。壳聚糖粉体的孔隙率较低,比表面积小,易在水中溶解或者生物降解,因此，有必要将粉末状的壳聚糖制做成为多孔球状,使其易于装柱吸附。
而在这些吸附材料中，壳聚糖在吸附中具有广泛的应用，且其资源丰富，有着很大的利用空间。
1.2 壳聚糖吸附剂的研究进展
当今研究对于有关壳聚糖吸附剂的改性方式、制备工艺以及它对于金属离子的吸附机理，都已经进行过了大量的研究，并且也取得了很多有价值的成果。 壳聚糖吸附剂现今主要有壳聚糖微球和壳聚糖膜这两种吸附形态，而其对于废水中浓度较低或者微量的重金属离子的吸附有着很好的吸附效果。[2]
但壳聚糖也有一些明显的缺点，其机械强度不高，且易在酸性介质中溶解，同时其对于重金属离子吸附的效果也极易受水质的影响,这些也使得壳聚糖在重金属废水吸附中的应用受到了很大的限制。因此,通过改变壳聚糖的结构和性质，改进壳聚糖的制备方法，制备出性能优良的壳聚糖吸附剂,并将其应用于水体中的重金属离子吸附,同时也获得了许多成果。
通过研究可以发现，壳聚糖结构中富含有—NH2和—OH基团能够较强的结合金属离子[3],同时对水中的微量重金属也有着较好的去除效果；除此之外，壳聚糖具有无毒、可生物降解等特点，可见它是一种十分理想的重金属吸附剂，并通过各种含重金属废水的深度处理，可以看出其对于金属离子吸附有着很好的优越性[4]。
而聚乙烯胺中也含有大量的—NH2，根据壳聚糖的吸附原理，聚乙烯胺在废水中也有望取得良好的成绩。
1.3 聚乙烯胺材料的研究进展
聚乙烯胺是一种高分子树脂材料,且其中含有了许多氨基，这些氨基的存在也为功能性高分子材料的制备提供了条件[5]。它是一种新型的链状水溶性高分子材料，由于其侧链含有大量的高活性氨基，所以它呈现阳离子性。并且其分子链的长度以及电荷的密度都可以根据实际的应用需要来设计。
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