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本文针对油类和多环芳烃类有机污染物的性质,设计并研发了适于去除油类污染的疏水交联吸油树脂,以及适于去除多环芳烃的疏水交联多孔吸附树脂。优化了最佳合成制备技术参数和条件,同时运用多种分析测试手段对疏水交联树脂进行了表征。通过对油类及多环芳烃的富集去除,探讨了疏水交联树脂对特征污染物的吸收富集作用机制,取得了以下创新性研究成果:
(1)以丙烯酸十二酯和苯乙烯为单体,二甲基丙烯酸乙二醇酯为交联剂,过氧化二苯甲酰为引发剂,采用自由基悬浮聚合法,通过优化聚合反应温度、反应时间、油水比和离子强度等反应条件,制备出球形度良好,粒径适宜的珠状疏水型交联吸油树脂。红外光谱表征结果表明,疏水型交联吸油树脂的形成属于烯烃聚合反应。
(2)通过对树脂的反应原料配比的优化,得到具有不同选择吸收性能的高吸油树脂。考察了树脂对煤油的吸收效能,并验证了树脂中的丙烯酸十二酯是吸油的主要功能单体。树脂的交联度是决定其吸油性能的重要因子,交联度过大,吸油性能下降;交联度过低,吸油后则易瘫软失形。
(3)在最佳原料配比(LA/S=1:1,交联剂/油相=0.5%,引发剂用量为0.5%)条件下制备的疏水性交联吸油树脂,对煤油吸收可达到树脂自重的7-8倍。吸油后树脂经减压蒸馏后可再生,并可回收90%的煤油。另外,该树脂对芳香类有机溶剂也表现出良好的选择吸收性能。
(4)对疏水交联吸油树脂进行致孔改性,成功制备了具有非均相结构的疏水交联多孔吸附树脂。致孔剂为正辛醇,与油相的比值为0.5:1,交联剂/油相=0.25:1时,该树脂的各项孔特征达到最大值(孔径1512A,总孔面积148.82m2/g,总孔容积1.15mL/g,孔隙率62.10%)。进一步研究探讨了相分离所致非均相结构的形成机制,表明树脂的孔隙率与溶胀性能呈正相关性,交联度的提高有利于非均相结构的形成,致孔剂热力学性质的转化则有利于形成大孔径的非均相结构。
(5)疏水交联多孔吸附树脂对水中芘具有高效的选择性吸附作用,且不受pH的影响,其吸附速率与吸附容量随树脂的孔隙率和总孔面积提高而增大。吸附过程为自发放热反应过程,吸附过程表现为线性等温线,吸附动力学符合准二级动力学模型,符合分配机理。