新型双功能基团聚离子液体的制备及其染料吸附性能的研究

作     者：田旭娇 

作者单位：贵州师范大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈卓

授予年度：2024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）] 081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0703[理学-化学] 

主      题：聚离子液体 4-乙烯基吡啶 1-乙烯基咪唑 吸附 水净化 

摘      要：通过低成本、耐用、可持续和可重复性使用的吸附方法高效、选择性地去除污染水中的染料仍然是一个挑战。本研究本通过两种不同的合成路线制备了两种新型咪唑-三氟甲磺酸盐双官能团聚离子液体和吡啶-三氟甲磺酸盐双官能团聚离子液体,并探讨了其在有机染料吸附中的应用。具体研究结果如下: （1）以1-乙烯基-3-乙基咪唑溴盐（ViC2Im-Br）、1-乙烯基-3-丁基咪唑溴盐（ViC4Im-Br）和1-乙烯基-3-苄基咪唑溴盐（Vi Bn Im-Br）三种不同的咪唑基离子液体为原料,通过自由基聚合、阴离子交换等方法制备了咪唑-三氟甲磺酸盐双官能团聚离子液体（命名为PViC2-PIL、PViC4-PIL和PVi Bn-PIL）。通过核磁共振氢谱（1H NMR）、傅里叶红外光谱（FT-IR）、能谱扫描电镜（SEM-EDS）和热重分析（TGA）等表征手段,对制备的咪唑-三氟甲磺酸盐双官能团聚离子液体的物化性质进行了分析。从表征结果可以得知这三种聚离子液体制备成功。 （2）以4-乙烯基吡啶（4VP）、二乙烯基苯（DVB）和苯乙烯（ST）为共聚原料,分别与溴乙烷、溴代正丁烷和苄基溴三种溴代烃进行季铵化、三氟甲磺酸锂阴离子交换后制备吡啶-三氟甲磺酸盐双官能团聚离子液体（命名为PyC2-PIL、PyC4-PIL和Py Bn-PIL）。通过NMR、FT-IR、SEM-EDS、XPS和TGA等表征手段对制备三种吡啶-三氟甲磺酸盐双官能团聚离子液体进行分析,从表征结果可知,这三种聚离子液体制备成功。 （3）研究制备的6种双官能团聚离子液体对甲基橙（MO）的吸附性能,结果表明:(PViC2-PIL、PyC4-PIL在10 min内可从混合染料中快速且选择性的去除水中MO（99.4%）;通过Langmiur模型计算可知,PViC2-PIL、PyC4-PIL对MO的最大吸附量分别为110.0 mg g-1、2192.0 mg g-1,MO在PViC2-PIL和PyC4-PIL上的吸热单层化学吸附机理与Langmuir等温线模型完全吻合（R20.99）;吸附剂重复利用实验结果表明,PViC2-PIL和PyC4-PIL重复使用第5次时其吸附率依然在98.0%以上,可见其重复利用性能好。PViC2-PIL和PyC4-PIL优异的吸附性能和选择性,主要归因于其与MO染料之间的强静电相互作用和п-п堆积相互作用。 通过本论文的研究,成功制备出能够高效、灵敏的选择性去除阴离子染料（MO）且具有良好稳定性的PViC2-PIL和PyC4-PIL吸附剂,这对于合理设计用于水净化的功能性聚离子液体吸附剂在污水处理中的应用具有重要意义。