PVDF-g-PMAA纳微米中空离子交换纤维的制备及其对Cu2+吸附行为研究

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发展高效的离子交换纤维及其应用技术是当前功能材料科学发展的前沿课题,一直是全球分离材料研发领域的一大热点,其不仅需要具有超强的吸附能力,还需要具备超大的比表面积和优良的物化性能,而同轴静电纺丝技术正是制备高比表面积纳微米中空纤维的一种新方法,在制备吸附容量大的离子交换纤维具有巨大的潜力。  本文采用同轴静电纺丝技术成功制备了以聚偏氟乙烯(PVDF)为皮层,聚乙烯吡咯烷酮(PVP-K90)为芯层的皮芯纳微米纤维,然后经水浴超声去除PVP芯层制得直径范围为700-800nm的PVDF纳微米中空纤维。探讨了纺丝液体系的选择、溶剂体积比、内外液流速对纤维表明形貌和断面形貌的影响,利用SEM、FT-IR、XRD、DSC等测试手段研究了纤维的结构、结晶性能和热性能。结果表明:较佳的外液参数为DMF/丙酮=3∶1、PVDF浓度为19%(wt),较佳的内液参数为DMF/乙醇=8∶2,PVP浓度为14%(wt),当外液速度为1ml/h,内液为大气压力时,此条件下纺出的纤维形貌规整,纤维直径和壁厚分布均匀。  然后以PVDF纳微米中空纤维为基体,甲基丙烯酸为聚合单体,采用溶液热诱导聚合改性技术制备聚偏氟乙烯离子交换纤维。TG、DSC测试结果表明改性聚偏氟乙烯离子交换纤维具有良好的热稳定性能,FTIR结果表明羧酸官能团被成功接枝到PVDF纳微米中空纤维中,XRD研究表明甲基丙烯酸的引入并没有改变PVDF纳微米中空纤维的晶体结构。  系统研究了改性后聚偏氟乙烯纳微米中空纤维对Cu2+吸附性能,研究了溶液pH值,温度,反应时间、金属离子初始浓度对铜离子吸附性能的影响,并分析吸附过程的热力学、动力学、吸附等温线,研究结果表明:改性聚偏氟乙烯纳微米离子交换纤维对Cu2+吸附性能优良,交换膜吸附动力学和等温吸附过程较好地符合准二级动力学反应方程和Langmuir等温吸附模型,吸附过程的热力学参数ΔG0<0、ΔH0<0,表明该吸附过程为自发的放热反应,并且最大饱和吸附量为65mg/g,该研究对于重金属污染物的处理和回收利用具有实际意义。
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