D301樹脂的季銨化改性及其對的吸附性能研究

高豐，張潔，高文華，安富強(qiáng)

(中北大學(xué) 理學(xué)院，山西 太原 030051)

黃金是一種稀有的貴金屬，其儲量低，資源有限，因此回收黃金有著很重要的意義。目前提取金的方法有溶劑萃取法[1]、活性炭法[2]、電解法[3]、離子交換法[4]、吸附法等[5]，其中吸附法具有吸附效率高，設(shè)備要求低，吸附劑可重復(fù)利用等優(yōu)點，得到越來越廣泛的關(guān)注。

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

二甲基二烯丙基氯化銨(DMDAAC，60%)、氯金酸(HAuCl4)、過硫酸銨(APS)均為分析純；D301大孔弱堿性樹脂由安徽皖東化工有限公司提供。

THZ-82型恒溫振蕩箱；雷磁-PHS-3C型pH計；Prodigy型全譜直讀等離子發(fā)射光譜儀(ICP)；4800S傅里葉紅外光譜儀。

1.2 實驗方法

1.2.1 D301-g-PDMDAAC樹脂的制備與表征 將1 g經(jīng)過預(yù)處理并烘干的D301樹脂加入裝有回流冷凝管、電動攪拌器的四口燒瓶中，加入50 mL蒸餾水與一定量的引發(fā)劑APS，攪拌并通入氮氣30 min以排盡體系內(nèi)的空氣。待升溫至一定溫度后加入一定量的DMDAAC單體，恒溫反應(yīng)一段時間，冷卻后抽濾并用蒸餾水反復(fù)沖洗樹脂，除去未反應(yīng)完的單體與均聚物。真空下烘干得到接枝材料D301-g-PDMDAAC。

采用KBr壓片法測定D301與D301-g-PDMDAAC的紅外光譜。

Q=V(C0-Ct)/m

(1)

式中V——HAuCl4溶液的體積，L；

C0，Ct——HAuCl4溶液初始濃度，t時刻的濃度，mg/L；

m——吸附劑的質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與討論

2.1 合成機(jī)理

圖1 D301-g-PDMDAAC的制備過程Fig.1 Preparation process of D301-g-PDMDAAC

2.2 D301-g-PDMDAAC的表征

圖2為D301和D301-g-DMDAAC的紅外光譜圖。

圖2 紅外光譜圖Fig.2 FTIR spectra

2.3 制備條件對吸附量的影響

2.3.1 反應(yīng)溫度的影響 圖3為制備過程中反應(yīng)溫度對D301-g-PDMDAAC吸附量的影響曲線。

由圖3可知，隨著反應(yīng)溫度的升高，吸附量逐漸增大，在40 ℃時吸附量達(dá)到最大，之后溫度升高吸附量降低。這是因為當(dāng)溫度超過40 ℃時，溶液中自由基分解速率過快，短時間聚集較多的活性中心，易形成低分子量均聚物，附著在D301表面，使接枝速率降低進(jìn)而影響了吸附量。

圖3 反應(yīng)溫度對D301-g-PDMDAAC吸附量的影響Fig.3 Effect of reaction temperature on adsorption capacity of D301-g-PDMDAAC

2.3.2 引發(fā)劑用量的影響 圖4為制備過程中引發(fā)劑用量(質(zhì)量分?jǐn)?shù))對D301-g-PDMDAAC吸附量的影響曲線。

圖4 引發(fā)劑用量對D301-g-PDMDAAC吸附量的影響Fig.4 Effect of initiator dosage on adsorption capacity of D301-g-PDMDAAC

由圖4可知，隨著引發(fā)劑用量的增加，單體接枝速率加快,當(dāng)引發(fā)劑APS用量為1%時吸附量達(dá)到最大，之后引發(fā)劑用量增加，吸附量降低。這是因為，當(dāng)引發(fā)劑用量超過1%時，引發(fā)速率過快，樹脂表面產(chǎn)生了過量的自由基導(dǎo)致產(chǎn)生的低分子量均聚物占據(jù)活性位點，抑制了接枝反應(yīng)的進(jìn)行。

2.3.3 單體用量的影響 圖5為制備過程中單體用量對D301-g-PDMDAAC吸附量的影響曲線。

圖5 單體用量對D301-g-PDMDAAC吸附量的影響Fig.5 Effect of monomer dosage on adsorption capacity of D301-g-PDMDAAC

由圖5可知，隨著單體用量的增加，單體分子間的碰撞幾率增大，接枝速率加快，在10 mL時吸附量達(dá)到最大。當(dāng)單體用量低時，單體受溶劑的籠蔽效應(yīng)的影響，鏈引發(fā)速率低[11]。隨著單體用量的增加，鏈引發(fā)速率加快，吸附量上升，而過量的單體在反應(yīng)時增加了鏈終止的幾率，使吸附容量下降。

圖6 反應(yīng)時間對D301-g-PDMDAAC吸附量的影響Fig.6 Effect of reaction time on adsorption capacity of D301-g-PDMDAAC

由圖6可知，隨著反應(yīng)時間的增加，吸附量逐漸增大，達(dá)到10 h以后吸附量基本保持不變。這是因為接枝后的D301表面聚集了大量的大分子聚合物，相互重疊，使之后的單體向活性位點轉(zhuǎn)移受阻，接枝10 h后的吸附量基本保持持平。

2.4 D301-g-PDMDAAC對的吸附性能

圖7 吸附動力學(xué)曲線Fig.7 Adsorption kinetic curves at 298 K,pH=2

表1 不同吸附劑對的吸附量Table 1 Adsorption of on different adsorbents

ln(Qm-Qt)=lnQm-k1t

(2)

(3)

其中Qt——t時刻的吸附量，mg/g；

Qm——最大吸附量，mg/g；

k1和k2——吸附速率常數(shù),分別為 h-1，g/(mg·h)

表2 動力學(xué)方程擬合結(jié)果Table 2 Fitting results of kinetic equation

圖8 吸附等溫線Fig.8 Adsorption isotherm at 298 K,pH=2

Qe=Q0KLCe/(1+KLCe)

(4)

Qe=KFCe1/n

(5)

Qe=Q0KSCem/(1+KLCem)

(6)

式中Q0——最大吸附量，mg/g;

Qe——平衡吸附量，mg/g;

Ce——平衡濃度，mg/L；

KL、KF、KS——分別是Langmuir、Freundlich、Sips吸附平衡常數(shù)，L/mg；

n和m——吸附強(qiáng)度相關(guān)常數(shù)。

表3 等溫模型擬合參數(shù)及結(jié)果Table 3 Fitting parameters and results of isotherm model

Freundlich等溫模型通常用于描述非均勻表面上的吸附過程，而Langmuir等溫模型是建立在具有相同吸附點，且吸附點之間沒有橫向相互作用的均勻單層表面上的假設(shè)上[17]。

圖9 吸附-解吸循環(huán)次數(shù)Fig.9 Adsorption-desorption cycles(298 K,pH=2)

由圖9可知，隨著吸附-解吸次數(shù)的增加，飽和吸附量基本保持不變，由此可見D301-g-PDMMDAAC有著良好的重復(fù)使用性能。

3 結(jié)論