聚丙烯腈纤维负载催化剂的制备及其在染料去除中的应用

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本文以聚丙烯腈纤维(PANF)为基底材料,采用胺类化合物对其改性,将改性后纤维与金属盐通过一定的反应制备相应的负载型催化剂,并应用于水溶液中活性染料和酸性染料的去除;此外,初步探讨了氨基功能化纤维在吸附金属离子方面的应用。首先,以聚丙烯腈纤维为基底材料,分别与多胺类化合物(乙二胺、四乙烯五胺、超支化聚乙烯亚胺)和盐酸羟胺发生胺化反应,引入氨基、偕胺肟等基团。改性之后的纤维与三价铁络合得到非均相负载催化剂(ED-PANF-Fe、TP-PANF-Fe、PE-PANF-Fe和AO-PANF-Fe),应用于活性红195的催化降解。通过元素分析、XRD、SEM、FT-IR等方法对改性纤维进行了表征,利用EDS对催化剂中铁含量进行了分析,并对催化剂去除染料的方式及效果进行了探究。结果表明:多胺类和盐酸羟胺成功地对PANF进行了改性,TP-PANF-Fe铁含量只有1.12%,而盐酸羟胺改性PANF易与金属铁离子络合形成稳定的铁配合物,铁含量达到11.59%。UV测试结果表明ED-PANF-Fe、TP-PANF-Fe和PE-PANF-Fe对染料的去除率分别为98.05%,90.82%,31.11%,是吸附和催化共同作用的结果。而盐酸羟胺改性纤维降解染料速度相对较慢,50 min降解率达到98.8%,是催化作用的结果,催化剂循环利用3次时,降解率仍在在90%以上。其次,以盐酸羟胺、水合肼以及两者混合物为改性试剂与聚丙烯腈纤维反应,得到改性PANF(AO-PANF、HA-PANF和M-PANF),在氯化铜溶液中浸泡后,用硼氢化钠还原,得到相应的负载型催化剂(Cu-AO-PANF、Cu-HA-PANF、Cu-M-PANF),用于酸性橙II和甲基橙的催化去除。对制备过程中铜盐浸泡时间、铜盐浓度以及催化剂的稳定性进行了探究,通过XRD、SEM、FT-IR、EDS、XPS及DSC对改性PANF以及最终催化剂进行表征,并且对催化剂去除染料的方式及产物进行了分析。结果表明:在铜盐中浸泡5 h、铜盐浓度0.35 mol/L为催化剂的最佳制备条件,在pH>4条件下催化剂表现出良好的稳定性;负载铜含量Cu-AO-PANF>Cu-M-PANF>Cu-HA-PANF;应用于催化甲基橙和酸性橙II两类染料的去除,染料催化去除率与铜含量一致:Cu-AO-PANF>Cu-M-PANF>Cu-HA-PANF,其中Cu-AO-PANF在10 min内对两种染料的催化去除率均达到90%,且可以多次循环利用。再次,通过多胺类改性纤维与氯乙酸反应制备了氨基乙酸型腈纶纤维(PANEDF-AC,PANTPF-AC,PANPEF-AC)。通过有机元素分析和FT-IR分别对改性纤维有机元素和内部官能团进行了表征,利用EDS、AAS对改性纤维表面金属离子的含量进行了分析。结果表明,氨基乙酸型腈纶纤维能够吸附金属银离子,且对银离子吸附量分别达到33.5 mg/g,1.4 mg/g和0.3 mg/g,是一种潜在的金属离子吸附剂。
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