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氢键是一种介于共价键和范德华力之间的分子间作用力。利用氢键作用实现对有机化合物的吸附分离已经在生产实践中获得了应用。氢键较低的键能使氢键吸附具有可逆性;氢键的短程性和方向性赋予氢键吸附一定的选择性,因此将可与吸附质形成氢键的功能基引入到吸附树脂骨架上,可以有效的强化树脂的吸附功能。
酚类化合物是很好的氢键给体,本论文针对木糖生产过程中水解中和液的色素成分以酚类化合物为主的特点,选择氢键受体碱性较强的叔胺基作为功能基,通过高交联聚苯乙烯树脂骨架上的氯甲基与二甲胺反应,设计合成出一系列具有高比表面积,不同功能基含量,不同孔结构的氢键吸附树脂。并通过红外光谱和比表面孔径测定仪等对所合成的新型树脂进行了理化结构表征。
利用X射线光电子能谱技术对新型氢键吸附树脂表面的叔胺基形态进行分析,验证了可作为氢键受体的自由叔胺基的存在,得出自由叔胺基含量随溶液pH值的变化规律。并以苯酚作为研究对象,对比研究了系列氢键吸附树脂在水和非水体系中的吸附现象。研究表明,在正己烷溶液中,吸附量与树脂上叔胺基含量成线性正相关,而与树脂骨架结构关系较小;在水溶液中,其吸附行为是树脂表面叔胺基与树脂骨架结构共同作用的结果。
以间苯二酚、邻苯二酚和对苯二酚为吸附质,较系统的研究了不同叔胺基含量的超高交联氢键吸附树脂(AH系列)的静态平衡吸附行为,探讨了吸附热力学和动力学规律。研究表明:氢键吸附树脂的吸附容量较母体树脂(即未经胺化的树脂)均有不同程度的提高,叔胺基含量适中的树脂吸附能力较强;
吸附过程的焓变、自由能变和熵变的绝对值总体上都大于母体树脂,说明氢键吸附树脂对三种酚类化合物的吸附作用力、亲合性都有一定的提高;氢键吸附树脂具有较好的吸附动力学性能,随其表面叔胺基含量的升高,吸附速率降低,表观活化能升高。不同孔结构的氢键吸附树脂对单宁酸和邻苯二酚的竞争吸附实验表明:孔径的分布对不同分子大小的酚类化合物吸附效果影响很大,适宜的孔径可以有效的提高树脂的吸附选择性。 利用固相萃取技术和GC-MS技术对木糖生产过程中水解中和液的色素成分进行了分析,证实了酚类化合物是其中色素的主要成分。采用最佳氢键吸附树脂固定床工艺对水解中和液进行除酚脱色处理,应用正交实验安排确定了最佳工艺条件。经树脂吸附处理,水解中和液420nm透光度达到90%以上,脱色率、总酚去除率超过96%,上述各项指标均较现有的活性炭除酚脱色工艺有较大提高,而糖分损失则略有降低。同时,氢键吸附树脂固定床除酚脱色工艺降低了约50%的操作成本,并改善了操作条件,是一项具有应用前景的清洁生产技术。