具有脫硼功能的螯合膜制備與性質(zhì)研究.pdf

1、硼作為一種重要的化學(xué)元素，廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)領(lǐng)域中。適量的硼元素能夠促進(jìn)動(dòng)植物體的生長(zhǎng)發(fā)育，而硼含量過(guò)高，會(huì)導(dǎo)致動(dòng)植物體出現(xiàn)中毒現(xiàn)象。世界衛(wèi)生組織(WHO)規(guī)定，飲用水中硼濃度不超過(guò)2.4 mg/L，灌溉水中硼濃度不超過(guò)1 mg/L。而海水中硼的平均濃度為5 mg/L，遠(yuǎn)超WHO所規(guī)定，因此海水除硼在海水淡化過(guò)程中非常重要。目前，海水除硼技術(shù)發(fā)展迅速，但很多方法除硼效果并不理想。本課題組的工作表明，螯合膜分離法是一種非常高效的去除水溶液

2、中硼酸的方法。這種方法利用膜表面上鄰位羥基聚合物與硼酸發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，達(dá)到過(guò)濾過(guò)程中除硼的目的，操作簡(jiǎn)單，便于推廣。
　　本文通過(guò)表面接枝和共混等方法制備出三種螯合膜材料，用全反射紅外光譜(FT-IR)、X-射線光電子能譜(XPS)、水接觸角(WCA)、場(chǎng)發(fā)射掃描電鏡(FESEM)、原子力顯微鏡(AFM)以及BET(Brunauer-Emmett-Teller)等方法對(duì)螯合膜的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行表征，考察了螯合膜在不同硼酸溶液初始濃度、

3、pH值和離子強(qiáng)度等條件下對(duì)硼酸的吸附性能，并研究了螫合膜的吸附熱力學(xué)和吸附動(dòng)力學(xué)以及循環(huán)再生性能。
　　首先，通過(guò)將聚丙烯腈(PAN)膜上的氰基水解和酰胺化作用，在PAN膜表面接枝了具有超支化聚乙烯亞胺(HPEI)，再通過(guò)氨基與環(huán)氧丙烷的開(kāi)環(huán)反應(yīng)，制備出一系列具有表面接枝超支化多元醇的PAN改性膜材料PAN-g-PG。PAN-g-PG膜具有很高的吸附容量和很快的吸附速率。研究發(fā)現(xiàn)，PAN膜表面接枝PG后展現(xiàn)出超親水性能，且表面粗糙

4、度增加。吸附熱力學(xué)和吸附動(dòng)力學(xué)分析表明，螯合膜的硼吸附符合Langmuir等溫吸附模型和偽一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。當(dāng)硼酸初始濃度為100 mg/L時(shí)，螯合膜的最大吸附量為3.2 mmol/g，達(dá)到吸附平衡的時(shí)間僅為4 min。通過(guò)在鹽酸中處理15min，PAN-g-PG膜吸附再生率為100％。螯合膜經(jīng)過(guò)循環(huán)10次后，再生率仍接近100％，表現(xiàn)出良好的循環(huán)再生性能。
　　其次，為了進(jìn)一步增加螯合膜的比表面積，增大螯合膜對(duì)硼酸的吸附容量，利用

5、靜電紡絲技術(shù)制備聚酰胺酸(PAA)納米纖維膜，并在纖維膜表面通過(guò)酰胺化反應(yīng)和環(huán)氧開(kāi)環(huán)反應(yīng)，成功的引入多元醇結(jié)構(gòu)。結(jié)果表明，PAA鑄膜液固含量為15％時(shí)，PAA納米纖維膜具有均一的形貌和相對(duì)窄的纖維直徑分布。XPS和FT-IR表征證明，HPEI和環(huán)氧丙醇成功的接枝在膜表面上，兩步反應(yīng)的接枝率隨著與HPEI接枝反應(yīng)時(shí)間的增加而增加。PAA-g-PG24納米纖維膜在270 mg/L、pH=9的硼酸溶液中出現(xiàn)最大吸附量，為5.68 mmol/g

6、，這是目前文獻(xiàn)中報(bào)道的最高吸附量。在5 mg/L初始硼酸濃度下，PAA-g-PG24納米纖維膜對(duì)硼酸的吸附量為0.82 mmol/g，且吸附平衡時(shí)間為15 min。PAA-g-PG24納米纖維膜吸附過(guò)程符合Langmuir熱力學(xué)吸附模型和偽一級(jí)動(dòng)力學(xué)模型。經(jīng)過(guò)10次循環(huán)后，PAA-g-PG24納米纖維膜的RE值仍保持在93.9％，表現(xiàn)出很好的循環(huán)利用性能。
　　最后，為了簡(jiǎn)化制膜過(guò)程，通過(guò)相轉(zhuǎn)化法，將具有脫硼功能的特異性吸附樹(shù)脂(