吸附樹脂接枝聚合物刷及其對氯仿吸附性能的研究.pdf

1、三鹵甲烷（THMs）是飲用水中含量最高、分布最廣的一類消毒副產(chǎn)物(DBPs)。隨著水源水有機微污染的加劇和飲用水中投氯量的增加，勢必造成水體中的三鹵甲烷（THMs）等消毒副產(chǎn)物（DBPs）的含量持續(xù)升高。由于此類物質(zhì)具有致癌和致突變性，對人類健康構(gòu)成極大的威脅，現(xiàn)已引起了環(huán)境工作者的極大關(guān)注。目前國內(nèi)外對三鹵甲烷（THMs）的有效處理技術(shù)主要集中于膜分離法和吸附法。其中，活性炭、反滲透膜及大孔吸附樹脂應(yīng)用十分廣泛，但存在運行成本高、吸附

2、性能不足等弊端，因此，尋求對THMs有較好選擇性、高吸附性能且經(jīng)濟的吸附材料來去除水中THMs及其吸附理論的深入研究是十分必要的。
　　本論文旨在通過電子催化劑再生原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ARGET ATRP），在高交聯(lián)大孔樹脂孔隙表面上接枝甲基丙烯酸酯的聚合物刷結(jié)構(gòu)，對樹脂孔隙表面進行改性制備新型吸附材料，并以氯仿這一典型THMs為目標污染物，系統(tǒng)研究合成的吸附材料對水中低濃度氯仿的吸附性能和吸附機理，主要工作和研究成果如下：

3、>　　根據(jù)吸附劑和吸附質(zhì)的化學結(jié)構(gòu)、極性、吸附位點和吸附質(zhì)的疏水效應(yīng)等性質(zhì)，輔以量子化學計算方法選擇了適合吸附THMs的基體材料和接枝單體。對氯甲基化聚苯乙烯大孔樹脂基體材料（HPD300）和聚合加成方式、聚合機理及合成路線進行了設(shè)計，將HPD300做為接枝的基體和大分子引發(fā)劑，其中氯甲基為功能基團；分別以三種甲基丙烯酸酯為單體，通過ARGET ATRP聚合可以方便地控制單體分子以“從表面接枝”的方式緩慢地生成高接枝密度，厚度約4~7n

4、m的聚合物刷，對聚合反應(yīng)的影響因素進行了討論，確立了最佳方案；結(jié)果表明，聚合物層厚和接枝密度分別與聚合物刷的平均孔徑和比表面積線性相關(guān)，建立了用平均孔徑和比表面積的測定值來間接表征聚合物刷層的平均厚度和接枝密度的方法；提出了用反應(yīng)時間控制接枝樹脂的平均孔徑和比表面積，實現(xiàn)對孔結(jié)構(gòu)參數(shù)的調(diào)控，制備了高密度聚合物刷。
　　借助XPS、FTIR、SEM、TEM和物理化學吸附/脫附儀等手段對基體材料和接枝產(chǎn)物的表面化學組成、化學結(jié)構(gòu)、微觀

5、形貌和孔結(jié)構(gòu)參數(shù)進行了表征，獲得了聚合物刷層厚度等信息，指出了聚合物刷層厚度與反應(yīng)時間、孔結(jié)構(gòu)參數(shù)有關(guān)。
　　通過接枝密度、鏈間距、均方末端距和均方旋轉(zhuǎn)半徑等參數(shù)的測定對合成的聚合物刷的構(gòu)象進行了表征，結(jié)果表明符合聚合物刷的構(gòu)象。
　　對接枝產(chǎn)物靜態(tài)和動態(tài)吸附性能、吸附動力學以及脫附和再生性能進行了測試，并與現(xiàn)有的吸附劑進行了對比。實驗結(jié)果表明：接枝聚合物刷后的材料在吸附速率（效率）、吸附容量等特性均顯著好于接枝前和活性炭類

6、吸附劑，接枝不同的功能基團對氯仿的吸附選擇性不同。其中接枝甲基丙烯酸羥乙酯的HPD300-HEMA綜合性能相對較高。接枝后的吸附材料對氯仿的吸附都能很好地符合Freund lich經(jīng)驗方程。
　　通過熱力學參數(shù)△H、△G、△S和密度泛函方法對前線分子軌道分布及能量值、平衡吸附構(gòu)型及吸附能等參數(shù)的計算，揭示了接枝產(chǎn)物的吸附機理。計算結(jié)果表明，HPD300接枝聚合物刷材料具有物理吸附和化學吸附雙重特性。
　　綜合以上研究結(jié)果，采