铂(Ⅳ)离子印迹共混膜的制备及其分离性能的研究

来源 :湖南科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Einsun19791217
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铂(Pt)是一种贵金属,由于其在自然界的含量较低,且在各领域的需求量不断递增。因此,开发高效的分离技术来回收水溶液中的铂离子,具有较重要的意义。离子印迹膜对目标离子具有高度选择性,因此被广泛关注。本文分别基于两亲性嵌段共聚物和氧化石墨烯衍生物制备了铂(Ⅳ)离子印迹膜(Pt(Ⅳ)-ⅡM),并对其分离特性予以研究,主要内容如下:(1)通过可逆加成-断裂链转移聚合法(RAFT)合成了两亲性嵌段共聚物聚甲基丙烯酸甲酯-b-聚4-乙烯基吡啶(PMMA-b-P4VP),并通过核磁共振氢谱、傅立叶红外光谱和凝胶渗透色谱进行表征;以PMMA-b-P4VP作为共混添加剂制备PMMA-b-P4VP/PVDF共混膜,系统地研究了各因素对共混膜结构和性能的影响:PMMA-b-P4VP中P4VP含量、溶剂类型和PMMA-b-P4VP/PVDF质量比;将金属-有机复合物PMMA-b-P4VP-Pt(Ⅳ)与PVDF共混制备Pt(Ⅳ)-ⅡM。采用扫描电子显微镜(SEM)、衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)、静/动态接触角、水通量和吸附能力对所有膜的结构和性能进行表征,结果表明,以高P4VP含量的共聚物(PP3)为功能聚合物,N,N-二甲基乙酰胺(DMAc)为溶剂,以及30 wt%的PMMA-b-P4VP/PVDF比率制备的共混膜具有优异的性能和形貌;与非离子印迹膜(NIM)相比,Pt(Ⅳ)-ⅡM对Pt(Ⅳ)具有更高的吸附容量和选择性,Pt(Ⅳ)/Cu(Ⅱ)和Pt(Ⅳ)/Ni(Ⅱ)的选择性系数分别为27.66和77.16;在膜过滤过程中,当Cu(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)干扰离子存在时,Pt(Ⅳ)-ⅡM仍能选择性分离Pt(Ⅳ);此外,Pt(Ⅳ)-ⅡM是化学稳定的,且具有良好的再生性能。(2)通过密闭氧化法制备氧化石墨烯(GO),并使用硅烷偶联剂3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTS)对GO进行功能化,制备氨基化氧化石墨烯(GO-NH2),并通过X射线粉末衍射光谱、傅立叶红外光谱和X射线能谱进行表征;以GO-NH2为功能聚合物与Pt(Ⅳ)结合制备金属-有机复合物(GO-NH2-Pt(Ⅳ));将聚偏氟乙烯(PVDF)和GO-NH2-Pt(Ⅳ)共混,以DMAc为溶剂,通过非溶剂诱导相分离(NIPS)法制备铂(Ⅳ)离子印迹共混膜(Pt(Ⅳ)-ⅡM)。采用SEM、纯水接触角和水通量对纯PVDF膜、GO/PVDF共混膜、GO-NH2/PVDF共混膜和Pt(Ⅳ)-ⅡM进行表征,探讨了Pt(Ⅳ)-ⅡM和NIM的吸附性能。结果表明,GO-NH2在膜基体中具有较好的分散性;GO和GO-NH2均显著地提高了共混膜的亲水性和水通量;pH值显著影响Pt(Ⅳ)-ⅡM对Pt(Ⅳ)的吸附行为;静态吸附实验结果表明,在pH值为0.5下,Pt(Ⅳ)-ⅡM对Pt(Ⅳ)的吸附量为19.49 mg/g,比NIM具有更高吸附能力,且吸附过程能被Langmuir等温线模型和准二级动力学模型很好地拟合;与Cu(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)相比,Pt(Ⅳ)-ⅡM对Pt(Ⅳ)具有更高吸附容量和选择性;在动态吸附实验中,Pt(Ⅳ)-ⅡM的穿透体积为20 mL;在5次吸附/解吸循环后,Pt(Ⅳ)-ⅡM吸附容量损失18.7%。(3)使用硅烷偶联剂3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(MPS)对GO表面改性,再以自由基聚合将4-乙烯基吡啶(4VP)接枝在GO表面,从而制备出功能化氧化石墨烯(GO-P4VP),并通过X射线粉末衍射光谱、傅立叶红外光谱和X射线能谱进行表征;以GO-P4VP为功能聚合物与模板离子Pt(Ⅳ)结合制备金属-有机复合物(GO-P4VP-Pt(Ⅳ));将PVDF和GO-P4VP-Pt(Ⅳ)共混,以DMAc为溶剂,通过NIPS法制备Pt(Ⅳ)-ⅡM。采用SEM、纯水接触角和水通量对纯PVDF膜、GO/PVDF共混膜、GO-P4VP/PVDF共混膜和Pt(Ⅳ)-ⅡM进行表征,并探讨了Pt(Ⅳ)-ⅡM和NIM的吸附性能。结果表明,GO-P4VP在膜基体中具有良好的分散性,并使膜具有指状孔结构;纳米片显著地提高了共混膜的亲水性和水通量;Pt(Ⅳ)-ⅡM对Pt(Ⅳ)的吸附量受pH值影响显著;静态吸附实验结果表明,在pH值为0.5下,Pt(Ⅳ)-ⅡM对Pt(Ⅳ)的吸附量为58.62 mg/g,显著高于NIM对Pt(Ⅳ)的能力;Pt(Ⅳ)-ⅡM的吸附过程能被Langmuir等温线模型和准二级动力学模型很好地拟合;与Cu(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)相比,Pt(Ⅳ)-ⅡM对Pt(Ⅳ)具有更高的吸附容量和选择性;在动态吸附实验中,Pt(Ⅳ)-ⅡM的穿透体积为50 mL;Pt(Ⅳ)-ⅡM具有高的可重复使用性,5次吸附/解吸循环后吸附容量仅损失6.6%。
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