开题报告胡德立 终极版3Word格式.docx

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聚丙烯腈改性

指导教师：

林晓

2014年03月24日

开题报告填写要求

1．开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。

此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；

2．开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；

3．“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；

4．有关年月日等日期的填写，应当按照国标GB/T7408—94《数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法》规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。

如“2004年4月26日”或“2004-04-26”。

毕业设计（论文）开题报告

1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写2000字左右的文献综述：

文献综述

随着经济的迅速发展、工业化程度的不断提高和人类活动范围的扩大，全球性的环境污染同趋严重。

环境污染主要包括大气污染、土壤污染和水污染，其中水污染最为严重。

大量的工农业生产废水、生活污水直接排入水中，超出了水自身的净化能力，从而造成水资源的严重污染，直接威胁着人类身体的健康和生态环境的和谐。

水中的污染物可分为有机、无机、重金属、微生物、放射性污染物等。

常用的水处理技术有：

反渗透法、电解法、沉淀法、生物法、离子交换与吸附法等，离子交换与吸附法不仅可避免二次污染，而且可实现重金属的回收利用，在一定程度上降低了成本。

离子交换与吸附法作为一种有效的离子分离方法，广泛应用于废气与废水处理、稀有金属回收等环境保护和资源回收领域。

离子交换纤维由于其具有吸附与再生速度快、较高的吸附选择性、再生能力强、床层阻力小、应用形式多样化等优点，在废水处理中发挥着越来越重要的作用。

1.1离子交换纤维介绍

离子交换纤维（IEF）是一种纤维状的吸附和分离功能材料，被科学界和产业界称为2l世纪的功能材料。

它是有许多粗细均匀、直径为10-30gm的单丝组成，具有离子交换与吸附、化学反应催化、生物活性等性质。

作为吸附材料的离子交换纤维必须满足以下条件：

（1）离子交换基团和骨架聚合物必须具有足够的化学稳定性；

（2）其交换容量必须足够高；

（3）其机械强度要足够大。

与交换树脂相比，离子交换纤维具有以下特点：

（1）外比表面积比一般凝胶型离子交换树脂约高两个数量级，是大孔树脂的5--6倍，所以它的动力学性能好，吸附速率高，分离效果好；

（2）回收容易，脱附和再生能力强，离子交换纤维分子的柔顺性优于交换树脂，在反复的吸附与脱附循环过程中能够保持稳定的反渗透压，使其具有较强的脱附与再生能力；

（3）离子交换纤维的原材料易得，价格便宜；

（4）由于纤维本身具有一定的弹性，流通阻力小，可以制成无纺布、织物、离子交换柱等多种形式。

所以离子交换纤维的应用范围比交换树脂更加广泛。

离子交换纤维的实用价值在于它具有比其他吸附剂更大的比表面积。

离子交换纤维的吸附能力决定于其高分子化合物骨架上的活性基团的性质，这些活性基团的种类与解离程度决定了其酸碱性及强弱。

根据纤维上活性基团的种类和离解程度，可将离子交换纤维分为六类：

（1）强碱性阴离子交换纤维，主要含有季铵基的离子交换纤维。

这类离子交换纤维可通过氯甲基化、胺化反应制得，经缩醛化并交联的聚乙烯醇纤维与叔胺反应制得，或以半碳化的纤维和环氧氯丙烷反应，与叔胺反应制得。

（2）弱碱性阴离子交换纤维，主要含伯、仲、叔胺基等活性功能团的离子交换纤维。

（3）强酸性阳离子交换纤维，主要以含有活性磺酸基、磷酸基的离子交换纤维。

磺化剂可以使用发烟硫酸、氯磺酸、三氧化硫和浓硫酸等。

（4）弱酸性阳离子交换纤维，主要是含有羧基的离子交换纤维，聚丙烯腈纤维分子中含有大量的氰基，水解后转化为羧基，与交联剂反应就可制备出含有羧基的弱酸性阳离子交换纤维。

常用的交联剂有硫酸肼,烯三胺、水合肼等。

（5）两性离子交换纤维，是同时含有酸性和碱性交换基团的离子交换纤维，这两种基团在基体中彼此接近，并可互相结合，遇到溶液中的阳、阴离子时又可与其交换，吸附饱和后只需用水冲洗便可使其再生，并恢复其原有的吸附能力。

（6）螯合纤维，是通过配位螯合机理来达到吸附分离目的。

因此，螯合纤维比一般的离子交换纤维具有更特殊的功能基团和选择性。

季铵型强碱性阴离子交换材料研究进展

目前对季铵型强碱性阴离子交换纤维的研究较少，我们将季铵型强碱性阴

离子交换树脂、季铵型强碱性阴离子交换膜和季铵型强碱性其他材料的合成工

艺应用到纤维的合成。

根据制备强碱性阴离子交换纤维基体原料的种类，简要介绍其研究进展。

以聚丙烯纤维为基体

邓琼[2,3]等以PP纤维为原料，以St、二乙烯苯（DVB）和甲醇为接枝液，苯乙烯在接枝液中的体积分数为20％-25％，辐照剂量率为1.0kGy／h～108kCy／h，得到接枝率为150%-250％的接枝纤维。

将接枝纤维放入3立方米反应釜中，以氯化锌为催化剂，与氯甲醚在（38±

2）℃下反应15h～20h，洗涤后与三甲胺在（30±

2）℃下反应15h一20h，得到交换容量3．0mmol／g的强碱性阴离子交换纤维并进行性能测试。

结果表明，制备的强碱性阴离子交换纤维具有较高的交换容量、快的吸附速度、较好的机械性能和稳定的化学性能，是一种性能优良的离子交换材料。

周绍箕等以PP纤维为基体，过氧化苯甲酰为引发剂，接枝苯乙烯．二乙烯基苯[1，5]，在60-98度条件下反应8～12h，得接枝纤维。

接枝纤维用氯甲醚和三甲胺分别进行氯甲基化反应和胺化反应，制备得交换容量为3～3．5mmol／g的强碱阴离子交换纤维。

以聚乙烯醇为基体

邓琼[9]等聚乙烯醇（PVA）纤维经过碳化脱水反应形成多烯化纤维，随后与环氧氯丙烷、三甲胺反应制备强碱性阴离子交换纤维并进行了研究。

结果表明氮气气氛可以有效保护碳化纤维的力学性能，当失量率为10％-15％时，制备的强碱性阴离子交换纤维交换容量达2．0mmol／g，具有较快的吸附性能和较好的力学性能。

周绍箕[21]以聚乙烯醇纤维为基体制备强碱性阴离子交换纤维，是将聚乙烯醇纤维进行氯代乙缩醛反应，使缩醛度47％-50％，用硫化钠使纤维大部分交联，再进一步与叔胺反应可制得强碱性阴离子交换纤维。

以天然纤维为基体

王格慧[9]在保持棉纤维的天然结构基础上，首次通过碱化、环氧化、烯胺化等反应，在棉纤维上引人多乙烯多胺基官能团，再季铵化合成了杀菌、吸附双功能基棉纤维——长链季铵基棉纤维。

该棉纤维不仅对重金属离子具有良好的吸附性能，而且对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌均具有强效、快速的杀灭能力，并可重复使用。

以聚四氟乙烯为基体

Zhang[20]等以聚四氟乙烯为基体，通过辐射接枝引发苯乙烯接枝共聚，然后在氯化锌存在下氯甲基化反应和三甲胺溶液中胺化反应制备了强碱性阴离子交换纤维。

实验结果表明阴离子交换纤维具有良好的机械性能和热稳定性，耐酸、碱、氧化性溶液的稳定性。

纤维的静态离子交换量高达6.08mmol／g，对Cr2O72-和Mn04一的静态吸附量分别为214．08和290．98mg／g.

季铵型强碱性阴离子交换树脂

李响[16]等通过傅-克（Friedel-Crafts）酰基化反应直接将氯乙酰基引入交联PS微球上制得氯乙酰化PS（PS-Ace-CI），然后经季胺化反应制得强碱性阴离子交换树脂。

该方法反应步骤简单，反应条件温和，反应所用试剂毒性小，是一种较为理想的合成方法。

同时研究了其对Cr（VI）的静态吸附性能。

结果表明，该树脂对Cr（V0的吸附量随pH的降低而增加，pH=2时最大吸附量达117mg／g。

Zhu[17]等利用梅里菲尔德树脂和N．甲基咪唑在二甲基甲酰胺溶液中反应，进一步反应得到Cl-型RCI和SO42-型R2S04N-甲基咪唑功能化的强碱性阴离子交换树脂用于吸附水中的Cr（V1）。

RCl和R2S04的最大吸附量分别为132和125mg／g，几乎每一个活性吸附点都达到饱和，可以在1-12的PH值范围内使用；

并且该树脂较适合在低浓度的情况下对Cr（VI）的吸附。

RCI在0．3mol／L的NaOH和0．3mol／L的NaCI混合溶液中能很容易再生，且经过4次循环其吸附量几乎没有变化。

季铵型强碱性阴离子交换膜

Sonny[19]等利用苯乙烯和丙烯腈在BPO和AIBN共引发条件下发生共聚并铺涂在粘土支持物上形成膜，然后进行硝化反应，在水合肼和水存在下发生胺化反应并在l，2-二氯乙烷和甲醇存在下交联，最后在三乙胺和甲醇存在下发生季钱化反应即得强碱性阴离子交换膜。

该膜用于在室温下分离铬酸溶液。

1.2本课题的研究目标和研究内容

本课题的研究目标

合成新型，高交换容量且合成过程较简单的含季胺基离子交换纤维。

即选择PAN腈纶纤维为基体材料，通过简单，易控的合成工艺在其结构中引入季铵基，制备新型，高交换容量的含季铵基阴离子交换纤维，并采用多种分析手段对合成新材料的物化性能进行表征；

本课题的研究内容

选择PAN腈纶纤维为基体材料，通过优化条件（试剂加入量，溶剂选择及配比，反应温度，时间等），合成新型且具备较高交换容量的含季铵基离子交换纤维。

拟采用的工艺路线如下：

以腈纶纤维为基体材料的含季铵基离子交换纤维经胺化，季铵化两步反应制得。

该方法具有过程简单，反应条件易控制等优点。

本研究的重点和难点在于通过调控工艺条件，最大限度的提高纤维的交换容量，同时保持纤维较好的形态和力学性能。

含季铵基离子交换纤维的性能测试方法包括：

拉力机力学性能测试，扫描电镜分析，季铵基含量测定，总碱基团含量测定，红外光谱分析等。

参考文献

[1]张小转．多氨基离子交换纤维的制备及其对水体砷的吸附去除性能[D]．[硕十学位论文]．新乡：

河南师范人学，2001

[2]邓琼，曾庆轩，冯K根．聚丙烯基离子交换纤维的应用研究．中国化学会第13届反应性高分子学术研讨会：

77～81

[3]邓琼，曾庆轩，冯长根，等．聚丙烯基强碱性阴离子交换纤维的结构表征及性能研究[J]．材料科学与工程学报，2006，24（5）：

642～645

[4]逢植淇，曾庆轩，李明愉，等．聚丙烯（PP）基阴离子交换纤维的性能表征[J]．吉林化工学院学报，2004，21

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31～33

[5]周纠箕，吴政，崔成民，等．离子交换纤维的制备方法及其应用[P]，中国专利，98103455，2003-6-25

[6]张艳丽．新型吸附分离纤维的合成、结构表征及性能研究[D]．[博士学位论文]．郑州：

郑州大学，2007

[7]KimYS，HwangTS，LeeHK，ela1．RemovalofToxicGasesonStrongandWeak-BaseAnionExchangeFibers[J]．JIndEngChem，2004，10（4）：

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[8]MatsumotoH，WakamatsuY，MinagawaM，na1．Preparationofion-exchangefiberfabricsbyelectrospraydeposition[J]．JColloidInterfaceSei，2006，293，143～150

[9]邓琼，曾庆轩，冯长根．聚乙烯醇基强碱性阴离子交换纤维制备和性能[J]．材料工程，2006，ll：

22～26

[10]王格慧．新型天然纤维材料离子交换树脂合成