问题：有关阴离子交换纤维（总结若干文献）
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时间：2007-10-02 12:31:19 编辑加入/取消收藏订制/取消短消息举报该贴

阴离子交换纤维综述

摘要：聚丙烯腈纤维与羟胺试剂通过化学反应,腈基转变为偕胺肟基团,使聚丙烯腈纤维改性成为对金属离子具有螯合能力的螯合纤维。螯合纤维与过渡金属离子反应制得各种阴离子交换纤维。
关键词：聚丙烯腈纤维；螯合纤维；阴离子交换纤维

XIONGSHIYANG(APPLIED-CHEMISTRY041)
ABSTRACT: Chelating fiber is prepared through reaction of hydroxylamine on textile polyacrylonitrile fiber and nitrile group changed into amid-oxime group.
KEY WORDS:

前言
本综述主要分以下几个部分：一螯合纤维的制备；二各种阴离子交换纤维的制备；三硫酸根离子的检测。参考了一些文献，总结出螯合纤维与过渡金属离子反应制备阴离子交换纤维的最佳条件以及确定阴离子交换纤维吸附硫酸根离子的吸附条件。实验目的，通过比较不同阴离子交换纤维对硫酸根离子的吸附能力寻找最佳的吸附纤维。阴离子吸附纤维制备简易，处理废水操作简单，成本低，又可以达到综合治理的目的。

正文
一螯合纤维的制备：
1.1原料：聚丙烯腈纤维；盐酸羟胺（A.R）；碳酸钠（A.R）
1.2仪器：水浴锅，烘箱，分光光度仪，分析天平，烧杯，容量瓶，点滴管，锥形瓶，量筒等
1.3实验前：粗配盐酸羟胺水溶液为27g/L,一定浓度的碳酸钠溶液
1.4实验：将5.3g聚丙烯腈纤维与250ml盐酸羟胺水溶液（27g/L）,用调节pH值5~7，在70℃水浴锅中反应1h,即可制得品质较好的纤维。
1.5实验后：用红外光谱表征；洗涤，烘干，称重，计算腈基的转换率γ=△W×53/（W'×85%×3）。

二各种阴离子交换纤维的制备(以制备Hg的阴离子交换纤维为例)
（确定螯合纤维与过渡金属离子反应制备阴离子交换纤维的最佳条件以及阴离子交换纤维吸附硫酸根离子的吸附条件）
2.1原料：螯合纤维（反应转化率为73%，自制），（试剂均为分析纯）
2.2仪器：数显恒温水浴锅；红外线烘箱；容量瓶（100ml）；点滴管；分析天平；烧杯等
2.3实验方法
螯合纤维经溶液化学处理，制得阴离子交换纤维。取一定质量的阴离子交换纤维放入一定浓度的碘离子溶液中，浸泡一段时间，过滤，洗涤，将母液定容，测定溶液中碘离子的浓度，并计算阴离子的交换率和交换量：

式中，: —碘离子溶液的初始浓度；: —碘离子被交换后的母液中的浓度；V—交换后溶液的体积；M—碘离子的摩尔质量。
2.3.1 阴离子交换纤维的制备
2.3.1.1 的浓度对碘离子交换能力的影响：取转化率为 73%的偕胺肟纤维若干份，分别用不同浓度的溶液 50ml浸泡30min，然后将纤维取出，洗净、压干；再分别用 25ml 溶液浸泡 45min过滤，洗涤，将母液定容到 100ml的容量瓶中，测定母液中碘离子的浓度。计算交换能力，结果如图

实验结果表明，的浓度为0.10ml 时，所制得的交换纤维对碘离子的交换能力最大。当的浓度在以下时，随的浓度增加，纤维中的偕胺肟基与络合的数目也增大，使交换的中心增多，交换率增大；当的浓度在0.1mol/L 以上时，随浓度的增加，络合数目也增加，但是由于溶液中的的浓度也增大，它与竞争交换，所以的交换率下降
2.3.1.2 的处理时间对碘离子交换能力的影响：
取转化率为 73%的偕胺肟纤维若干份，分别用0.1mol/L 溶液 50ml浸泡不同的时间，然后将纤维取出，洗净、压干；再分别用25.00ml0.1mol/L的溶液浸泡 45min，过滤，洗涤，测定母液中碘离子的浓度。计算交换能力，结果如图所示。

20min 离子交换纤维制备成功，说明该反应速率较快。
2.3.2交换纤维对碘离子的交换性能实验
2.3.2.1交换离子浓度与交换率的关系
取 0.5g 按最佳工艺条件制得的阴离子交换纤维若干份，分别用25.00ml不同浓度的溶液浸泡 45min，过滤，洗涤，测定母液中碘离子的浓度，计算交换能力，
结果如表
浓度与交换能力的关系

实验结果表明，交换率在碘离子浓度为 0.02~0.04mol/L时最高，最高交换率可达 88%交换量随着碘离子浓度的增大，逐渐增加，一定浓度时（0.06mol/L）达到稳定，此时吸附已经达到饱和。可见，阴离子交换纤维与交换存在一种动态平衡，其中浓度是一个影响因素。
2.3.2.2交换时间与交换率的关系：
取 0.5g 离子交换纤维若干份，分别用 25.00ml浓度为0.06mol/L的溶液浸泡，交换，改变交换时间，计算交换率。

实验结果表明，反应进行30min后，交换达到平衡，表明阴离子交换纤维对碘离子交换速度较快。因为纤维本身需要膨胀，交换离子从表面到纤维的内层需要一定的时间；同时碘离子为大阴离子，空间位阻较大，所以吸附的时间较长。
2.3.2.3交换体系酸度与交换率的关系
取 0.5g 离子交换纤维若干份，分别用 25.00ml浓度为0.06mol/L，pH值不同的溶液浸泡45min，过滤，洗涤，测定母液中碘离子的浓度，计算交换能力。

实验结果表明，在 pH值在6~10即中性至弱碱性环境中，离子交换纤维对碘离子的交换能力最佳。离子交换纤维为弱的有机碱，当pH值较低时，由于酸效应的影响，离子交换纤维的稳定性下降，从而导致交换率的下降；当 pH大于10时，由于浓度的增加，与 -形成竞争吸附，所以交换率下降。
2.3.3离子交换纤维的再生实验：
取 0.5g 离子交换纤维若干份，分别用 25.00ml浓度为0.06mol/L的溶液浸泡45min，，测定碘离子浓度，计算交换率。取出纤维压干，用 0.10mol/L 溶液再生，洗净、压干；再用第二个 0.10mol/L ;溶液浸泡 45min如此循环五次，结果如表。

实验结果表明，经过再生的离子交换纤维对的交换能力仍很高，因此该离子交换纤维的再生性能很好，可以反复利用。
2.3.4结论
含有偕胺肟基的螯合纤维经溶液化学处理后，制得阴离子交换纤维，该纤维对碘离子有很好的交换、吸附能力，且具有交换速度快，交换性能好，再生
处理便利和重现性好等优点；最高交换率达 85%以上。
2.4如上述方法做其他离子的阴离子交换纤维实验，得到螯合纤维与过渡金属离子反应制备阴离子交换纤维的最佳条件以及确定阴离子交换纤维吸附硫酸根离子的吸附条件。

三硫酸根离子的检测

1聚乙烯醇比浊法
取适量水样(根据水中含量)于50 mL比色管中,加0.5 mL(1+1）盐酸和10 mL聚乙烯醇稳定剂(含7%BaCl2·2H2O)立即摇匀,放置5min,用水稀释至50 mL。振荡1 min,放置5 min,于波长440 nm处用5 cm比色皿,以水为参比测定吸光度,计算水中 -含量。
注：稳定剂改用聚乙烯醇和无水乙醇,BaCl2·2H2O沉淀剂直接加入稳定剂中,制成清澈透明的溶液。测定时一次加入10 mL,避免分别加入形成BaSO4颗粒不均匀,搅拌不使用电磁搅拌器,直接摇动比色管1min,不受搅拌方式、速度和时间等条件的限制。简化了操作手续,形成的浑浊液均匀,稳定时间长,便
于测定。 -含量在50~400μg/50 mL范围内,与浊度成线性关系。

2.4　间接滴定法
水中的测定由于重量法繁琐费时,直接滴定法又无专属指示剂,故间接滴定法是目前测定水中最常用方法。
　络合滴定法：
络合滴定法用测定测定测定 -,目前应用最多的有钡-EDTA法和铅-EDTA法。钡法是返滴定过量的Ba2+,铅法是返滴定过量的Pb2+。这两种测定方法均有足够的准确度。钡-EDTA法的优点主要是BaSO42-溶解度小,沉淀比较完全,测定时可以直接带着沉淀滴定,不必过滤,但与铅法相比,滴定时pH值较高(pH=10.0),而且Ca2+,Mg2+等干扰测定。结果计算时必须减去水中Ca2+,Mg2+离子所消耗的EDTA毫升数,故要求总硬度的测定要相当准确。另外,因滴定的是过量的Ba2+离子,要求BaCl2必须加足并稍微过量,这就需要作SO42-大致含量范围的初步试验,这些都是本法不够简便之处。滴定是采用铬
黑T为指示剂,滴定终点的确定,是由蓝紫色变为纯蓝色,色变不十分敏锐,初学者不易掌握。本法适于SO42-浓度大于20 mg/L水样的测定。已被列为饮用天然矿泉水中硫酸盐测定的国家标准方法(GB8538.45-87)。铅-EDTA法中PbSO4溶解度比BaSO4大,SO42-可能沉淀不完全,会引入负误差,但本法在沉淀时加入20 mL无水乙醇,减少PbSO4的溶解度,使SO42-沉淀完全。以PbSO4形式沉淀SO42-有许多优点,沉淀有恒定的组成,有很好的结晶颗粒,它很少与其它离子共沉淀。滴定时采用二甲酚橙为指示剂,滴定终点由紫红色突变为纯黄色,色变明显,终点易于判断。对铅-EDTA法测定SO42-做了如下几
项条件试验(50 mL纯水中含5 mgSO42-)-,目前应用最多的有钡-EDTA法[16]和铅-EDTA法[17]。钡法是返滴定过量的Ba2+,铅法是返滴定过量的Pb2+。这两种测定方法均有足够的准确度。钡-EDTA法的优点主要是BaSO42-溶解度小,沉淀比较完全,测定时可以直接带着沉淀滴定,不必过滤,但与铅法相比,滴定时pH值较高(pH=10.0),而且Ca2+,Mg2+等干扰测定。结果计算时必须减去水中Ca2+,Mg2+离子所消耗的EDTA毫
升数,故要求总硬度的测定要相当准确。另外,因滴定的是过量的Ba2+离子,要求BaCl2必须加足并稍微过量,这就需要作SO42-大致含量范围的初步试验,这些都是本法不够简便之处。滴定是采用铬黑T为指示剂,滴定终点的确定,是由蓝紫色变为纯蓝色,色变不十分敏锐,初学者不易掌握。本法适于SO42-浓度大于20 mg/L水样的测家标准方法(GB8538.45-87)。铅-EDTA法中PbSO4溶解度比BaSO4大,SO42-可能沉淀不完全,会引入负误差,但本法在沉淀时加入20 mL无水乙醇,减少PbSO4的溶解度,使SO42-沉淀完全。以PbSO4形式沉淀SO42-有许多优点,沉淀有恒定的组成,有很好的结晶颗粒,它很少与其它离子共沉淀。滴定时采用二甲酚橙为指示剂,滴定终点由紫红色突变为纯黄色,色变明显,终点易于判断。对铅-EDTA法测定SO42-做了如下几项条件试验(50 mL含5 mgSO42-)目前应用最多的有钡-EDTA法[16]和铅-EDTA法[17]。钡法是返滴定过量的Ba2+,铅法是返滴定过量的Pb2+。这两种测定方法均有足够的准确度。
钡-EDTA法的优点主要是BaSO42-溶解度小,沉淀比较完全,测定时可以直接带着沉淀滴定,不必过滤,但与铅法相比,滴定时pH值较高(pH=10.0),而且Ca2+,Mg2+等干扰测定。结果计算时必须减去水中Ca2+,Mg2+离子所消耗的EDTA毫
升数,故要求总硬度的测定要相当准确。另外,因滴定的是过量的Ba2+离子,要求BaCl2必须加足并稍微过量,这就需要作SO42-大致含量范围的初步试验,这些都是本法不够简便之处。滴定是采用铬黑T为指示剂,滴定终点的确定,是由蓝紫色变为纯蓝色,色不十分敏锐,初学者不易掌握。本法适于SO42-浓度大于20 mg/L水样的测定。已被列为饮用天然矿泉水中硫酸盐测定的国家标准方法(GB8538.45-87)。铅-EDTA法中PbSO4溶解度比BaSO4大,SO42-可能沉淀不完全,会引入负误差,但本法在沉淀时加入20 mL无水乙醇,减少PbSO4的溶解度,使SO42-沉淀完全。以PbSO4形式沉淀SO42-有许多优点,沉淀有恒定的组成,有很好的结晶颗粒,它很少与其它离子共沉淀。滴定时采用二甲酚橙为指示剂,滴定终点由紫红色突变为纯黄色,色变明显,终点易于判断。铅-EDTA法测定SO42-做了如下几项条件试验(50 mL纯水中含5 mgSO42-)
　
沉淀酸度以(1+20)HNO3加1滴(pH≈4)时沉淀完全。SO -42-回收率为100%,沉淀放置时间需6 h以上,Cl-离子干扰情况,随Cl-离子增加回收率逐渐减少,50 mL水样中含30 mg以下Cl-离子,对回收率无明显影响。因此,本法适于Cl-离子浓度小于600 mg/L水中SO42-的测定。
水中共存的Ca2+,Mg2+离子,当滴定酸度pH5.6~5.8时干扰测定,因此,在滴定前用30%的六次甲基四胺调至溶液出现紫红色,再过量12滴,此时溶液的pH值约为5.3,可消除Ca2-,Mg2+离子的干扰。测定步骤:准确吸取适量水样于250 mL锥形瓶中,加水至50 mL,加0.1%甲基橙3滴,用(1+20)HNO3和0.1 mol·L-1NaOH调至溶液呈桔红色,加入20 mL无水乙醇,在摇动下准确加入0.01mol·L-1Pb(NO3)2溶液10 mL,室温下放置6 h以上,加0.2%二甲酚橙3滴,用30%六次甲基四胺溶液1.5 mL,调至紫红色(pH=5.3),再用0.01mol·L-1EDTA标准溶液滴定至溶液由紫红色突变为纯黄色为终点。
沉淀酸度(1+1)HNO3加1滴改为(1+20)HNO31滴,调至溶液呈桔红色pH=4,沉淀时间为3 h改为6 h以上,保证了PbSO4沉淀完全。滴定前用30%的六次甲基四胺调至紫红色再过量12滴改为直接用1.5 mL调至紫红色,简化了操作手续。本法最低检测浓度为20 mg·L-1。

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