电子束接枝技术及其在吸附材料制备中的应用

拟合公式
初始浓度的影响
Langmuir方程
kc qe q kc 1
Freundlich等温方程 q e kcn
吸附时间
准一级动力学方程
dqt dt
k (q 1e
qt )
准二级动力学方程
dqe dt
k2 (qe qt )2
单分子层吸附 多分子层吸附
q t qe (1 e k1t )
qt
EB接枝—功能材料
LDPE
基材
纤维材料 布・无纺布 粉体・粒子
通用膜材 多孔膜 中空纤维膜
功能材料
离子交换膜材料
可
海水稀有元素提取材料
制
备
重金属吸附材料
多
种
气体吸附材料
功
能
选择性透过膜材料
性
材
近沸点混合分离膜
料
微粒・离子复合分离膜
Application and Research Center for Electron Beams of College of Polymer - NHVC, Sichuan University
EB辐射接枝丙烯腈的最佳接枝条件
最佳辐射条件：单体浓度（w/w） 为60%、辐射剂量为200kGy、接枝 时间6h，反应温度为50℃
(a)-LDPE (b)-LDPE-CN: 2243cm-1 (c)-LDPE-g-AM: 1611cm-1, 3353,3203cm-1 (d)-LDPE-g-VAM: 1560cm-1,1407cm-1
qe
qek2t 1 qek2t
Q(mg/g) (%)
LDPE-g-VAM树脂吸附Cu2+
90
85
80
75
70
(1)
(2)
65
60
55
Q
50
η
Langmuir equation
45
Freundlich equation
100.0 99.5
Model
Equation
Reduced Chi-Sqr Adj. R-Square
150
辐射剂量
Degree of grafting (%)
100
50
100
150
200
250
300
Irradiation dose (kGy)
150
140 反应温度
130
120
Degree of grafting (%)
110
100
90
80
70
60
50
30
35
40
45
50
55
60
Reaction temperature (℃ )
EB
较强 （精细加工） 恒定，且在一定范
围可调 无
无
大
好
大 可随时关机，防护
较易
60Co
强
逐渐衰减，需定期 补充新源 无 无 小 好 小
连续辐射，防护要 求高
UV
弱
需定期更换 有 有 / 差
较大 容易
EB加工是一种节能、环保、高效的绿色技术！
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第2章
LDPE-g-VAM螯合树脂的制 备、表征及吸附行为的研究
丙烯腈的化学修饰性：
H2C
C H
C
N
化学修饰
聚合，接枝
聚丙烯腈吸附材料
Shiro Kobayashi JAPAN 1988 Co2+、Ni2+、Zn2+ ……
LDPE-g-VAM螯合树脂的合成路线
接枝率的影响条件
表征
接枝率的影响条件
螯合树脂
螯合树脂
功能性官能团
-OH、-COOH、-NH2、-SH、 -SO4H等
传统的化学方法引入
接枝聚合
辐射接枝 高效，能耗低
传统接枝
EB辐射接枝的优势
操作简单、易行
条件可控
优势
基材无选择性
无引发剂，纯度高
电子束与其它辐射源的比较
穿透能力
辐射源能量 基材选择性
引发剂 剂量率 自由基稳定性 处理量 操作性
基材的选择
耐腐蚀性
适用于化学 表面修饰
不易造成 二次污染
LDPE
非常廉价
难溶水及 有机溶剂
LDPE膜材作为模型研究体系
探索接枝的可行性
本文的研究背景与思路总结如下：
重金属离子污染
方
法
螯合树脂 重金属离子
富集回收
聚合 接枝
电子束EB
选 材 基材
LDPE
接枝功能性的官能团(乙烯胺和氨基酸） 制备螯合树脂
160
140 时间
120
Degree of grafting (%)
100
80
60
40
20
0
0
2
4
6
8
Reaction time (h)
160
140 单体浓度
120
Degree of grafting (%)
100
Biblioteka Baidu80
60
40
20 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Concentration of AN solution(%)
1.5
40 1.0
20
0.5
0.0
0 -0.5
100 200 300 400 500 600 700 800 Temperature(℃ )
吸附试验
取出溶液
测试溶液中金属离子的浓度
吸附
吸附Cu2+前后膜颜色的变化
Q (C0 Ce ) V W
C0 - Ce 100 % C0
吸附量 吸附率
公式作图
Weight(%) Deriv.Weight
ATR-FTIR
第一阶段：60-130℃结合水 第二阶段：250-450℃ LDPE和 接枝官能团的分解
3.5 100
3.0 TGA of LDPE
80
TGA of LDPE-g-VAM
DTG of LDPE
2.5
DTG of LDPE-g-VAM
2.0 60
RectHyperbola y = a*b*x/(1+b*x )
1.98918
0.98854
C1
a
C1
b
99.0
98.5
η
98.0
Model Equation Reduced Chi-Sqr Adj. R-Square
C1 C1
Allom etric1 y = a*x^b
13.01612
0.92501
2012第一届高分子材料制备及加工新技术 应用研讨会
暨第三届电子束固化技术高级研讨班
电子束接枝技术及其在吸 附材料制备中的应用
报告人：曾 科 博士
高分子科学与工程学院 高分子材料工程国家重点实验室
四川大学
主要内容
➢ 1.本课题的研究背景及研究目的 ➢ 2.LDPE-g-VAM螯合树脂的制备、表征及吸附行为的研
Value
a
21.48102
b
0.29468
究 ➢ 3.LDPE-g-IDA螯合树脂的制备、表征及吸附行为的研究 ➢ 4. 研究结论
第1章
本课题的研究背景及研究目的
研究背景
重
重
金
金 1946年挪威Skogseid 属
属
离
离
子
子
富
污
K+ 集
染
螯合树脂
回
收
化学沉淀，离 子交换树脂， 生物法……
吸附容量大
局限性
在一定条件下释放 吸附的金属离子
有一定的金属离子选择性