聚丙烯腈基纳米纤维的制备及其吸附性能研究.pdf

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1、聚丙烯腈基纳米纤维的制备及其吸附性能研究武健丹2015年1月中图分类号：TQ34UDC分类号：678聚丙烯腈基纳米纤维的制备及其吸附性能研究作者姓名武健丹学院名称材料学院指导教师张爱英副教授答辩委员会主席冯增国教授申请学位工学硕士学科专业材料科学与工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月PreparationofModifiedPolyacrylonitrileNanofiberMembraneanditsAbsorptionPropertiesCandidateName：JiandanWuSchoolorDepartment:Ma

2、terialsScienceandEngineeringFacultyMentor:Associate-Prof.AiyingZhangChair,ThesisCommittee：Prof.ZengguoFengDegreeApplied:MasterofEngineeringMajor：MaterialsScienceandEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进

3、行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：摘要本论文中，以静电纺丝聚丙烯腈(PAN)纳米纤维膜为原料，经化学改性后，制备具有偕胺肟基PAN螯合纤维膜，重点研究了纤维膜材料对重金属离子的吸附性能；并制备出了PAN/β-CD复合纳米纤维膜，考察了其对有机染料—中性红的吸附性能。所得到的实验结果为其应

4、用于工业废水的处理领域提供了基础数据。具体内容如下：首先制备静电纺丝PAN纳米纤维膜，然后在盐酸羟胺溶液中对PAN纳米纤维膜进行化学改性，得到偕胺肟基PAN螯合纳米纤维，研究了改性反应温度、时间、溶液pH和盐酸羟胺浓度对PAN分子中-CN转化率的影响。研究结果表明，反应温度的升高、反应时间的延长、盐酸羟胺的浓度的提高均有助于-CN转化率的增大。但随温度的升高或盐酸羟胺浓度的升高，PAN纳米纤维膜的尺寸略有收缩，颜色变为浅黄，纤维柔软度变差。通过比较-CN转化率，结合FTIR、SEM等表征手段以及纤维膜的外观变化，最终确定了最佳改性反应条件。将偕胺

5、肟基PAN螯合纤维膜吸附Cu(Ⅱ)、Fe(Ⅲ)、Pb(Ⅱ)，探讨纤维膜与不同金属离子的配合能力，分析了其吸附动力学行为和等温吸附线。结果表明，螯合纤维对三种金属离子吸附数据可以用Langmuir吸附等温式拟合，说明金属离子在螯合纳米纤维表面实现单分子层吸附；螯合纤维对金属离子的吸附过程可用二级动力学方程描述，动力学研究表明偕胺肟基团对金属离子的吸附过程受金属离子的扩散和两者的配位反应共同控制；螯合纤维对Cu(Ⅱ)的吸附和解吸附实验说明，偕胺肟基PAN螯合纤维膜可以重复利用。因此偕胺肟PAN螯合纤维在重金属污染治理、贵金属的富集与回收、痕量元素的分

6、析等方面具有实用价值。1利用静电纺丝技术制备PAN/β-CD复合纳米纤维膜，通过FTIR、XRD、HNMR的表征手段说明PAN与β-CD属于物理混合，纤维中β-CD的空腔结构得以保留。然后考察复合纳米纤维膜对有机染料中性红的吸附，研究了复合纳米纤维中β-CD含量对纤维膜吸附性能的影响，并对其吸附动力学和等温吸附线进行了分析。结果表明，当β-CD相对质量分数为40%时，吸附效率效果最佳，吸附率达78.0%；在25℃，pH为7.0时，PAN/β-CD复合纳米纤维膜对中性红的最大吸附量为35.0mg/g；PAN/β-CD复合纳米纤维膜对中性红的吸附是自

7、发进行的，Langmuir单层吸附等温式能很好地拟合PAN/β-CD复合纳米纤维膜对中性红的吸附过程。关键词：聚丙烯腈；静电纺丝；偕胺肟；β-环糊精；吸附IAbstractAmidoximepolyacrylonitrile(PAN)chelatingnanofibermembraneswerepreparedbychemicalmodification,thentheadsorptionbehaviourofthechelatingfibermembraneonheavymetalionswereexplored.FurthermoretheP

8、AN/β-cyclodextrin(β-CD)compositenanofibermembraneswerealsoprepared,w