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为了更为深入地了解黄原胶与丙烯酰胺的接枝共聚反应,在以过硫酸铵代替铈盐作为引发剂,利用传统水浴加热法合成产物之外,分别尝试了采用60Co-γ辐射引发聚合的方法和微波辐射加热法合成黄原胶-丙烯酰胺接枝共聚物(XG-g-AM)。讨论了三种聚合方法中各因素对聚合过程的影响,初步研究了聚合机理,并利用现代分析手段对产物进行结构表征。将XG-g-AM作为一种新型的吸附剂,考察了其对金属离子的吸附性能,研究了吸附后结构与性能的变化,探讨了吸附过程的热力学和动力学性质,同时讨论了吸附机理。
主要研究内容及结果为:
(1)以黄原胶为原料,丙烯酰胺为接枝单体合成XG-g-AM,通过单因素实验的方法考察了水浴加热法、60Co-γ辐射法和微波辐射法合成XG-g-AM的最佳工艺条件,测试了XG-g-AM在水中的溶解性能,利用红外光谱仪、元素分析仪、X射线衍射仪和综合热分析仪对产物结构进行表征。结果表明,水浴加热法的最佳工艺条件为:单体浓度为0.4mol/L,引发剂浓度为8mmol/L,反应温度为60℃,反应时间为180min;60Co-γ辐射法的最佳工艺条件为:黄原胶质量浓度为10g/L,单体与黄原胶质量比为3:1,辐射吸收剂量为6.0kGy;微波辐射法的最佳工艺条件为:黄原胶质量浓度为12g/L,单体与黄原胶质量比为4:1,引发剂质量浓度为2g/L,反应时间为5min,微波火力为低火(160W)。溶解性测试证明XG-g-AM难溶于水,结构表征说明XG-g-AM分子链上含有酰胺基、羟基和羧基等活性基团,由此表明XG-g-AM可作为一种新型的吸附材料。
(2)通过单因素实验方法考察了XG-g-AM吸附Cr3+的最佳工艺条件,研究了不同温度下的吸附行为,并根据吸附等温线研究了吸附热力学性质,利用红外光谱仪和X射线衍射仪对吸附产物进行结构表征,研究了吸附机理。结果表明,溶液的pH、吸附时间和C0对吸附性能有较大的影响,吸附的最佳pH、时间和C0分别为6.0、12h和0.20mol/L。吸附温度对吸附性能的影响较小,可在常温下进行。在上述条件下,XG-g-AM对Cr3+的吸附量可达205.40mg/g。XG-g-AM对Cr3+的吸附行为符合Freundlich等温吸附方程,吸附是自发的、吸热的、熵增加的过程。XG-g-AM主要通过物理吸附和配位吸附方式吸附Cr3+,Cr3+可与XG-g-AM分子链上带负电荷的葡萄糖醛酸和丙酮酸群等阴离子基团发生强烈的静电作用,还可与N、O形成配位键,吸附Cr3+后XG-g-AM的结晶结构被破坏,结晶度下降。
(3)研究了XG-g-AM对Cu2+的静态吸附行为,并根据吸附等温线研究了吸附热力学性质,分析了吸附动力学性质,利用红外光谱仪和X射线衍射仪对吸附产物进行结构表征,讨论了吸附机理。结果表明,在研究的浓度范围内,XG-g-AM对Cu2+的吸附行为既符合Langmuir等温吸附方程又符合Freundlich等温方程,吸附是自发的、吸热的、熵增加的过程,升高温度有利于吸附。动力学研究表明,吸附行为可以很好地用二级吸附动力学模型来描述。产物的结构表征说明XG-g-AM吸附Cu2+与吸附Cr3+的机理一致。
(4)通过单因素实验方法考察了XG-g-AM吸附Pb2+的最佳工艺条件,结果表明,最佳工艺条件为:pH=6.5、吸附时间为8h,初始浓度为0.16mol/L。在常温下,XG-g-AM对Pb2+的最大吸附量可达1.9569mmol/g。比较了XG-g-AM对以上三种金属离子的吸附能力,根据吸附量大小的比较得出XG-g-AM对Cr3+的吸附能力最强,Cu2+次之,Pb2+最差。通过与其他吸附剂对金属离子吸附能力的比较,表明XG-g-AM是一种较为理想的吸附材料。