反相浓乳液共聚合方法制备β-环糊精多孔分离材料及其吸附性能的研究
作者单位:北京化工大学
学位级别:硕士
导师姓名:杜中杰
授予年度:2014年
学科分类:083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程(可授工学、理学、农学学位)] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程(可授工学、理学学位)] 080502[工学-材料学]
主 题:十四-(2,6-O-烯丙基)-β-环糊精 共聚 多孔材料 浓乳液聚合 富集 吸附
摘 要:含酚废水是一种污染范围广、危害严重的工业污水,苯酚及其衍生物不可避免越来越多的排放和积累在土壤和水体之中,导致了生态环境的恶化。含酚废水的处理方法的研究是目前科研人员关注的焦点。由于β-环糊精具有特殊的空腔结构,其中的非极性微环境可以容纳许多有机分子和无机离子进入,因此在废水中去除酚类有机物具有独特的作用。 本文以氢氧化钠为催化剂,烯丙基溴为修饰剂,通过化学修饰反应制备了十四-(2,6-0-烯丙基)-β-环糊精,并研究了催化剂与修饰剂用量、反应时间、反应温度对合成产物产率的影响。实验结果表明,在反应温度为5℃, n(β-CD):n(C3H5Br)=1:76.0, n(NaOH)m(C3H5Br)=1.34:1,反应48h时能获得较大的目标产物产率。 通过化学修饰反应将双键引入p-环糊精后,通过溶液聚合反应将十四-(2,6-O-烯丙基)-β-环糊精与苯乙烯共聚,研究了β-环糊精对聚苯乙烯亲水性能的改善,接触角由96.1°下降至79.3°,并通过反相浓乳液模板法将十四-(2,6-0-烯丙基)-p-环糊精与苯乙烯共聚制备多孔材料,并将该多孔材料用于苯酚溶液的吸附。 通过控制浓乳液的静置时间和聚合温度,研究了十四-(2,6-0-烯丙基)-β-环糊精在连续相中向水/油界面迁移的过程以及该过程对苯乙烯/β-环糊精共聚多孔材料对苯酚吸附性能的影响。实验结果表明,随着浓乳液静置时间的延长和聚合温度的升高,β-环糊精在苯乙烯/β-环糊精共聚多孔材料表面的富集程度出现先升高后降低的趋势,这与多孔材料对苯酚吸附性能的变化是一致的。浓乳液静置时间为8h,聚合温度为60℃时,在室温下对苯酚的吸附性能为5.74mg/g。 对苯乙烯/β-环糊精共聚多孔材料的苯酚吸附动力学和热力学进行了研究。结果表明,苯乙烯/β-CD共聚多孔材料对苯酚的吸附是-种液固吸附过程,首先在固体表面进行吸附,在固体表面达到吸附平衡后,再向着吸附材料内部扩散和吸附。苯酚吸附热力学研究表明,Langmuir方程和FreundIiCh方程都适用于该材料对苯酚的吸附过程,热力学参数△Gi0,说明吸附过程是自发进行的,△H1=-25.22kJ/mol,说明吸附过程是放热的,而且St/β-CD共聚多孔材料对苯酚的吸附是物理吸附伴有氢键吸附的过程。 研究了pH值对苯乙烯/β-环糊精共聚多孔材料吸附性能的影响,结果表明pH值在5-8之间时,苯乙烯/β-CD共聚多孔材料具有较优的吸附性能。还研究了苯乙烯/β-环糊精共聚多孔材料的再生吸附性能,结果表明其再生效率超过95%,能够重复使用多次,一定程度上弥补了其吸附性能稍有不足的缺点。