球形硅基有機(jī)-無機(jī)雜化硼螯合吸附劑的制備及性能表征.pdf

1、硼酸作為一種重要的化學(xué)品，廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)及高尖端技術(shù)領(lǐng)域。由于在其生產(chǎn)和應(yīng)用過程中產(chǎn)生大量含硼廢水，從水溶液中回收或脫除硼對資源的重復(fù)利用、降低環(huán)境污染等都有重要意義。吸附法提硼具有深度脫硼、雜質(zhì)去除徹底、吸附劑可循環(huán)利用和工藝簡單等優(yōu)勢，是一種高效脫硼方法。其核心問題在于設(shè)計與制備硼吸附容量大、機(jī)械強(qiáng)度高且易再生的吸附材料。本課題針對以葡甲胺為功能基團(tuán)的雜化硼螯合吸附劑（簡稱“硼吸附劑”）進(jìn)行研究，旨在制備一種球形形態(tài)好、吸附容量

2、高、官能團(tuán)密度可控的雜化硼吸附劑。
　　首先設(shè)計、表征并初步探索該球形雜化硼吸附劑的制備方法，包括合成路線和成球方法。(1)合成路線:以葡甲胺(NMDG)和γ-(2，3-環(huán)氧丙氧)丙基三甲氧基硅烷（GPTMS）為原料、DMF為溶劑，在80℃下通過開環(huán)反應(yīng)合成前體1-[N-甲基-D-葡萄糖胺基]-2-羥基-丙氧丙基-三甲氧基硅烷（簡稱W），產(chǎn)物用甲醇索氏提取48小時進(jìn)行純化;在50％甲醇-水溶劑體系中，使前體W和四甲氧基硅烷通過水解

3、交聯(lián)縮聚反應(yīng)，合成雜化硼吸附劑。(2)成球方法:對比成球效果，擇優(yōu)選擇反相懸浮聚合法成球:將前體W和四甲氧基硅烷的水解溶液，加鹽酸調(diào)節(jié)pH至2，高壓反應(yīng)釜中80℃下水解縮聚反應(yīng)12小時，制得流動性較強(qiáng)的溶膠;在攪拌下，將溶膠分散在含一定量分散劑的液體石蠟溶劑中，80℃下，分散縮聚老化72小時，有透明球形顆粒析出，過濾，所得固體用正己烷、乙醇、水依次分別洗滌3-4次，于30℃下干燥2小時，得到白色球形固體顆粒，即為球形有機(jī)-無機(jī)雜化硼吸附

4、劑。
　　為了進(jìn)一步得到球形形態(tài)較理想的硼吸附劑，利于工業(yè)化應(yīng)用，接下來研究反相懸浮聚合法成球工藝的影響因素，優(yōu)化制備方法，確定最優(yōu)工藝參數(shù):以20 mg/L的Span80為分散劑，500毫升液體石蠟為分散介質(zhì)，油水相比10∶1，50毫升溶膠為分散質(zhì)（分散質(zhì)反應(yīng)組分中的前體濃度為80％）組成懸浮聚合體系;分散質(zhì)預(yù)縮聚12小時;分散縮聚老化成球65～75小時;攪拌方式為三葉推進(jìn)式攪拌槳、轉(zhuǎn)速400 rpm。以該工藝參數(shù)制備出的產(chǎn)品球

5、形度較規(guī)整，機(jī)械強(qiáng)度較好，無色透明，粒徑在1-2 mm之間，是較理想形態(tài)的硼吸附劑。
　　最后，本課題對制備出的產(chǎn)品進(jìn)行評價，包括結(jié)構(gòu)表征和硼酸吸附平衡性能研究:
　　(1)該球形雜化硼吸附劑對硼酸的吸附過程為放熱反應(yīng);其吸附等溫線較好地吻合朗格繆爾曲線擬合結(jié)果(R=0.99877);30℃時，其對硼酸的最大吸附量為1.99mmol/g，遠(yuǎn)高于對比材料Amberlite743的最大吸附量1.06 mmol/g;當(dāng)溶液初始pH

6、為2.5-10時，其硼酸平衡吸附量隨pH的增大而提高;當(dāng)pH大于10時，其硼酸平衡吸附量隨pH的增大而減小;鈉離子對其硼酸平衡吸附容量的影響并不大，而鎂離子對其吸附硼酸有促進(jìn)作用;該吸附劑可用鹽酸洗脫，再生性能良好。
　　(2)該球形雜化硼吸附劑可有效調(diào)控葡甲胺官能團(tuán)密度，進(jìn)而改善其對硼酸的吸附性能:制備過程中分散質(zhì)組分中前體W的濃度為20％、50％、80％時，其產(chǎn)品硼吸附劑的有機(jī)組分含量分別為35.4％、51.5％和69.8％，

7、N元素含量分別為0.23％、0.83％和1.62％，相應(yīng)的含葡甲胺官能團(tuán)密度為0.17 mmol/g、0.59 mmol/g和1.15 mmol/g;并測得相應(yīng)的產(chǎn)品在酸性條件下的硼酸平衡吸附容量為0.25 mmol/g、0.78 mmol/g和1.17 mmol/g;在堿性條件下的硼酸平衡吸附容量為0.32 mmol/g、0.88 mmol/g和1.63mmol/g。
　　(3)硼吸附機(jī)理:結(jié)合BET、XRD、質(zhì)譜、吸附前后溶液