多元醇接枝聚砜膜的脱硼性能研究:配体结构的影响

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脱硼是海水淡化过程中的一个重要难题。硼酸与含有邻位羟基的多元醇化合物/聚合物络合己被证明是一种有效的除硼方法。亲和膜分离法除硼是在微孔膜表面接枝具有邻位基团的多羟基聚合物,使其与水溶液中硼酸发生螯合反应。此方法集色谱分离的高选择性和膜分离的高效性为一体,在溶液中微量物质的脱除或富集方面有较好的应用前景。亲和膜功能层即多元醇配体结构在硼吸附中起着关键的作用,但目前的研究尚未清楚地解释硼吸附的机理及配体结构对硼吸附行为的影响。针对上述问题,本文制备了三种多元醇接枝聚砜膜用于去除水溶液中的硼。  首先是制备出氯甲基化聚砜(CMPSF),通过非溶剂诱导相转化法得到聚砜超滤膜,再经过表面引发原子转移自由基聚合(ATRP)方法在膜表面接枝三种丙烯酸结构的多羟基聚合物。用核磁共振(1H NMR)对CMPSF及多元醇单体进行了表征。这三种聚合物分别为:聚(2,3-二羟丙基甲基丙烯酸甲酯)(PHPMA),聚(3(N-环氧丙基-N-甲基)胺基-2-羟丙基丙烯酸酯)(PGMHP),以及聚(2-(2(2,3-二羟丙基(胺基)甲基丙烯酸酯(PHAEM)。采用了ATR-FTIR、XPS、FESEM、WCA、纯水通量等表征膜的制备及其性能,详细研究了硼吸附的热力学、动力学及动态硼吸附行为。  实验表明,成功制备出三种多元醇接枝聚砜膜,并且,接枝改性明显提高膜的表面亲水性和膜表面粗糙度,但是膜的水通量值降低。在接枝密度为0.75-0.85mg/cm2,所制备的三种改性膜,即PSF-g-PHPMA,PSF-g-PGMHP,PSF-g-PHAEM膜,达到吸附平衡时的硼吸附量分别是0.20 mmol/g,0.44 mmol/g和0.46 mmol/g,络合效率分别为222%,175%及62%,说明配体结构中邻位羟基数含量越多,与硼的结合能力越强,同时,胺基官能团的存在有利于增加硼负载量。此外,Langmuir热力学模型更好描述硼吸附过程,吸附动力学符合pseudo-second-orderkinetics模型。动态硼吸附实验表明,硼浓度越高动态硼吸附量越大,但是更容易达到突破点。配体结构的优化有利于提高硼的吸附量,但不能提高吸附速率。
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