表面引發(fā)ATRP法制備棉花吸附劑及其吸附重金屬和全氟化合物的研究.pdf

1、高分子吸附材料是功能高分子材料的一個重要分支，對其理論和應(yīng)用的研究均具有非常重要的意義。重金屬和全氟化合物(PFCs)因其不易被生物降解，對人類健康和生存環(huán)境造成極大的危害。因此，對具有可吸附重金屬離子和有機(jī)分子吸附材料的研究日益受到人們的重視，并逐步成為吸附領(lǐng)域的研究熱點。
　　 研制高效吸附劑是吸附領(lǐng)域的重要目標(biāo)，通過表面改性的方法可以顯著提高吸附劑的吸附性能。原子轉(zhuǎn)移自由基聚合（ATRP）提供了一種有效的合成分子量可控、結(jié)

2、構(gòu)規(guī)整以及新型功能化聚合物材料的活性聚合手段。本論文利用表面引發(fā)ATRP(SIATRP)反應(yīng)在棉花表面接枝聚合物刷，制備了氨化棉花、羧基化棉花以及季銨化棉花三種高效的棉花吸附劑，對其進(jìn)行了制備條件的優(yōu)化和性能表征，并用其去除水溶液中的重金屬和全氟化合物(PFCs)，研究了其吸附特性和吸附機(jī)理。本論文的主要研究結(jié)果如下:
　　 (1)利用SI-ATRP技術(shù)成功制備了氨化和羧基化棉花吸附劑，并對這兩種吸附劑的制備條件，包括ATRP反

3、應(yīng)時間和氨化反應(yīng)時間，進(jìn)行了優(yōu)化;通過掃描電子顯微鏡(SEM)、紅外光譜(FTIR)以及X-射線光電子能譜(XPS)表征，證明了-NH2和-COONa被成功引入到了棉花表面。
　　 (2)研究了氨化棉花和羧基化棉花對Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附動力學(xué)、吸附等溫線和pH影響實驗。氨化棉花對Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附平衡時間分別為8h和4h，Cotton-g-P(AA-Na)對Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附平衡時間均為1h;在pH=

4、5的條件下，氨化棉花對Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的最大吸附量分別為2.52和1.1 mmol.g-1，Cotton-g-P(AA-Na)對Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的最大吸附量分別為2.45和2.44 mmol.g-1，比文獻(xiàn)中報道的很多吸附劑的吸附量都要高;氨化棉花和Cotton-g-P(AA-Na)對Cu(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附量均隨著pH的升高而逐漸增大。
　　 (3)利用SI-ATRP技術(shù)成功制備了季銨化棉花吸附劑，并對其ATR

5、P反應(yīng)時間進(jìn)行了優(yōu)化。季銨化棉花對PFOS和PFOA的吸附動力學(xué)平衡時間分別為4h和12h，比多孔的吸附劑要快，對PFOS和PFOA的平衡吸附量分別為3.3 mmol.g-1和3.1 mmol.g-1。溶液pH對季銨化棉花吸附PFOS和PFOA的影響較小，季銨化棉花可在較寬的pH值范圍去除PFOS和PFOA。
　　 (4)對季銨化棉花吸附前后進(jìn)行了SEM、FTIR和XPS分析，結(jié)果表明-(CH3)2N+基團(tuán)被成功引入到了棉花表面