基于過(guò)氧化氫氧化聚苯胺-纖維素纖維復(fù)合材料的制備與性能研究.pdf

1、原位化學(xué)聚合法是制備聚苯胺/纖維素纖維復(fù)合材料最常見(jiàn)的方法，但該方法在環(huán)境友好性方面存在嚴(yán)重不足，主要體現(xiàn)在傳統(tǒng)氧化劑的還原產(chǎn)物影響了廢液的回收再利用。為克服上述弊端，本論文采用過(guò)氧化氫這一綠色氧化劑，運(yùn)用三氯化鐵/過(guò)氧化氫催化氧化原位聚合法制備了聚苯胺/纖維素纖維復(fù)合材料（PAn/CF①型和PAn/CF②型），分別利用沉積在纖維素纖維上的聚苯胺的導(dǎo)電性和還原性，將該復(fù)合材料應(yīng)用于抗靜電包裝材料和去除水體六價(jià)鉻兩個(gè)方面，確定了應(yīng)用在上述

2、領(lǐng)域的復(fù)合材料的最佳制備工藝條件，討論了外部條件對(duì)其去除水體六價(jià)鉻過(guò)程的影響，采用多種等溫吸附模型和動(dòng)力學(xué)模型對(duì)這一過(guò)程的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，確定了反應(yīng)過(guò)程的熱力學(xué)參數(shù)，同時(shí)與采用傳統(tǒng)的過(guò)硫酸銨為氧化劑制備的聚苯胺/纖維素纖維復(fù)合材料（PAn/CF③型）的去除水體六價(jià)鉻的性能進(jìn)行了全面的對(duì)比分析，主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下:
　　1.在氮?dú)獗Ｗo(hù)條件下，以三氯化鐵為催化劑、過(guò)氧化氫為氧化劑、鹽酸為摻雜劑，制備具有良好導(dǎo)電性能的聚苯胺沉積型

3、導(dǎo)電紙，解決了在酸性條件下過(guò)氧化氫氧化能力弱的問(wèn)題。其最佳制備工藝條件為:過(guò)氧化氫與苯胺單體的摩爾比為1mol/mol;鹽酸濃度為1mol/L;反應(yīng)時(shí)間為2h;催化劑用量為0.15 mmol/L;苯胺單體用量為6g/L;反應(yīng)溫度為室溫。該條件下制備的導(dǎo)電紙的表面電阻和體電阻分別為:320KΩ和25KΩ，完全符合作為抗靜電包裝材料的標(biāo)準(zhǔn)。
　　2.探索聚苯胺/纖維素纖維復(fù)合材料去除水體六價(jià)鉻的性能，確定了三氯化鐵/過(guò)氧化氫催化氧化原

4、位聚合法的最佳工藝條件:反應(yīng)溫度為40℃;過(guò)氧化氫與苯胺單體的摩爾比為2mol/mol;鹽酸濃度為1mol/L;反應(yīng)時(shí)間為1.5h;催化劑（三氯化鐵）用量為0.15mmol/L;苯胺單體用量為4g/L;漿濃為1％。確定了以過(guò)硫酸銨為氧化劑制備過(guò)程的最佳工藝條件為:反應(yīng)溫度為25℃;過(guò)硫酸銨與苯胺單體的摩爾比為0.8mol/mol;鹽酸濃度為1mol/L;反應(yīng)時(shí)間為2h;苯胺單體用量為4g/L;漿濃為1％。對(duì)比兩類纖維復(fù)合材料的貯存穩(wěn)定性

5、發(fā)現(xiàn):在水相中貯存48小時(shí)，兩類纖維復(fù)合材料都保持了較好的貯存穩(wěn)定性，對(duì)水體六價(jià)鉻的去除率仍都能維持在93％以上。在空氣中儲(chǔ)存35天，PAn/CF②型和PAn/CF③型對(duì)六價(jià)鉻的去除率分別維持在84.32％和91.26％，降幅分別為11.6％和6.7％。
　　3.聚苯胺/纖維素纖維復(fù)合材料對(duì)水體六價(jià)鉻的去除是一個(gè)還原吸附過(guò)程，該過(guò)程對(duì)六價(jià)鉻的處理效果主要由溶液的pH值、六價(jià)鉻的初始濃度、纖維復(fù)合材料用量以及吸附反應(yīng)時(shí)間決定。還原吸

6、附過(guò)程所需的反應(yīng)時(shí)間很短，在10min內(nèi)，聚苯胺/纖維素纖維復(fù)合材料就可實(shí)現(xiàn)對(duì)水體六價(jià)鉻的全部去除，纖維素纖維對(duì)三價(jià)鉻的吸附為整個(gè)過(guò)程的控制步驟;六價(jià)鉻初始濃度為400mg/L時(shí)，PAn/CF②型和PAn/CF③型復(fù)合材料對(duì)六價(jià)鉻的吸附量達(dá)到飽和值，分別為15.66mg/g和19.11mg/g。
　　4.根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分別與不同類型的等溫吸附模型及吸附動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行擬合，可確定:Langmuir等溫吸附模型對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合度最高，根

7、據(jù)模型計(jì)算出的復(fù)合材料對(duì)水體六價(jià)鉻的飽和吸附量分別為16.44mg/g和19.85mg/g，與實(shí)驗(yàn)值十分接近。準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合效果最佳，根據(jù)擬合結(jié)果發(fā)現(xiàn):隨著溫度和六價(jià)鉻初始濃度增加，反應(yīng)速率下降，而隨著復(fù)合纖維用量增加，反應(yīng)速率升高;經(jīng)吸附熱力學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)PAn/CF②型纖維復(fù)合材料對(duì)六價(jià)鉻的去除過(guò)程屬于放熱反應(yīng)(ΔH=-2.30KJ/mol);而PAn/CF③型纖維復(fù)合材料對(duì)六價(jià)鉻的去除過(guò)程屬于吸熱反應(yīng)(ΔH=3.62