功能性聚合物納米纖維膜的制備及應(yīng)用.pdf

1、水污染問題越來(lái)越受到人們的重視，尤其是重金屬離子的污染，對(duì)人們的身體健康造成了嚴(yán)重的威脅?；谥亟饘匐x子的去除研究，研究者已經(jīng)提出了多種方法，其中吸附法是一種簡(jiǎn)單、有效且經(jīng)濟(jì)的方法。各種微納米離子被廣泛應(yīng)用于溶液中重金屬離子的吸附分離，并取得了良好的效果。但是該類吸附劑實(shí)際應(yīng)用時(shí)，卻受到從溶液中后分離的限制。基于此，我們提出吸附劑材料的成膜化方法解決上述問題。本文以孔隙率高和比表面積大的聚合物納米纖維為基膜，采用多種表面改性方法，制備了

2、一系列功能化的納米纖維膜，并詳細(xì)研究了其對(duì)溶液中重金屬離子的吸附分離效果和機(jī)理。
　　 1、基于聚吡咯(PPy)對(duì)溶液中Cr(Ⅵ)離子的良好吸附絡(luò)合能力，采用簡(jiǎn)單的化學(xué)氧化法，在PAN納米纖維表面成功包裹了一層聚吡咯材料，制備得到了PAN/PPy核殼納米纖維膜。該核殼納米纖維膜對(duì)溶液中的Cr(Ⅵ)離子具有優(yōu)異的吸附絡(luò)合能力。在溶液pH值為2.0時(shí)，對(duì)于起始濃度為200 mg·L-1的Cr(Ⅵ)離子，該核殼納米纖維膜能夠吸附去除其

3、中大約70％的Cr(Ⅵ)離子。PAN/PPy核殼納米纖維膜具有良好的循環(huán)再生能力，循環(huán)再生5次后，仍然能夠保持初始吸附量的80％以上。機(jī)理研究顯示，PAN/PPy核殼納米纖維膜對(duì)Cr(Ⅵ)離子的吸附過程主要有離子交換和氧化還原兩個(gè)過程。首先通過Cr(Ⅵ)離子與纖維表面Cl-離子之間的離子交換，使Cr(Ⅵ)離子吸附到纖維表面。然后將Cr(Ⅵ)離子還原成Cr(Ⅲ)，其中約82.7％的Cr(Ⅵ)可以被還原成Cr(Ⅲ)。
　　 2、基于

4、聚苯胺(PANI)對(duì)溶液中Cr(Ⅵ)離子的吸附能力，通過簡(jiǎn)單的化學(xué)氧化法制備了PAN/PANI核殼納米纖維膜，并研究了其對(duì)溶液中Cr(Ⅵ)離子的吸附分離效果及機(jī)理。PAN/PANI核殼納米纖維的表面形貌受反應(yīng)溫度的影響，在低溫下更容易形成表面凹凸形貌。在低pH值下，該膜對(duì)Cr(Ⅵ)離子具有更高的吸附能力，且?guī)缀醪皇苋芤弘x子強(qiáng)度的影響。該核殼納米纖維膜對(duì)Cr(Ⅵ)離子具有較快的吸附速率，當(dāng)溶液起始濃度在100-200 mg·L-1時(shí)，在3

5、0 min內(nèi)可以達(dá)到吸附平衡。PAN/PANI核殼納米纖維膜對(duì)Cr(Ⅵ)離子的吸附過程，符合擬二級(jí)吸附模型，等溫吸附過程符合朗繆爾(Langmuir)等溫吸附模型。該膜對(duì)Cr(Ⅵ)離子有較強(qiáng)的還原能力，約86.2％的Cr(Ⅵ)離子可以被還原成Cr(Ⅲ)。在適當(dāng)?shù)脑偕鷹l件下，該膜具有非常優(yōu)異的循環(huán)再生能力。
　　 3、通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)的方法，在PAN納米纖維表面接枝了聚丙烯酸(PAAc)。首先在PAN納米纖維表面

6、沉積多巴胺，利用多巴胺與2-溴異丁酰溴(2-BIB)之間的反應(yīng)，將ATRP引發(fā)劑固定在纖維表面，然后通過ATRP的方法將丙烯酸聚合到PAN納米纖維表面。系統(tǒng)研究了其對(duì)溶液中Cu2+離子的吸附分離性能。結(jié)果表明，羧酸改性的PAN納米纖維膜對(duì)Cu2+離子的吸附主要受溶液pH值、Cu2+起始濃度和接觸時(shí)間的影響。羧酸改性的PAN納米纖維膜對(duì)Cu2+離子的吸附速率非?？?，當(dāng)初始濃度為108-268 mg·L-1時(shí)，15 min內(nèi)可以達(dá)到吸附平衡

7、。此外，該膜在酸溶液中顯示出非常優(yōu)異的循環(huán)再生能力，經(jīng)5次再生后，其吸附能力幾乎不變。
　　 4、通過原子轉(zhuǎn)移自由基聚合(ATRP)的方法，在PAN納米纖維表面接枝了聚甲基丙烯酸縮水甘油酯(PGMA)。首先在PAN納米纖維表面沉積多巴胺，利用多巴胺與2-溴異丁酰溴(2-BIB)之間的反應(yīng)，將ATRP引發(fā)劑固定在纖維表面，然后通過ATRP的方法將GMA聚合到PAN納米纖維表面。最后通過PGMA上環(huán)氧基團(tuán)與N-甲基葡胺（含有鄰多羥基