文档介绍：2014届本科毕业论文答辩
题目:ATRP合成多胺型螯合树脂及其表征
Atom Transfer Radical Polymerization to Synthesize Amino
Chelating Resin and Characterization
姓名:张涛
专业:材料化学
班级:1002 班
学号:1008034242
指导老师:陈佑宁
摘要
本实验是采用原子转移自由基聚合的方法,首先以聚氯甲苯乙烯为基体,甲基丙烯酸缩水甘油酯为单体,采用SI-ATRP对其进行修饰,再由三(2-氨基乙基)胺和环氧基反应引入胺基,得到胺基螯合树脂,最后是借助红外光谱、元素分析、电镜扫描,对产物进行结构和性能表征,并探索和讨论不同单体浓度,不同反应时间对氯甲基化聚
苯乙烯接枝率的影响。
结果表明:在40℃、20h的反应条件下,GMA对聚氯甲基苯乙烯的接枝率最高,%。
关键词:原子转移自由基聚合(ATRP);甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA);聚氯乙烯甲基苯乙烯;胺基螯合
1合成多胺型螯合树脂的方法
采用SI-ATRP法在氯甲基化聚苯乙烯树脂(PS)表面接枝聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA),得到PS-PGMA,再将三(2-氨基乙基)胺通过环氧基开环反应接枝到PS-PGMA的聚甲基丙烯酸缩水甘油酯的大分子链上,得到胺基螯合树脂。将树脂用于吸附Cr(V)、As(V),合成的树脂表现出较高的吸附容量且课重复使用,为制备新型吸附树脂提供一种可行的思路和方法。
2 合成多胺型螯合树脂的意义
随着工业化进程的推进,环境污染日益加剧,人类赖以生存的水资源受到了各种污染,尤其是含重金属离子废水的大量排放,不仅造成了严重的环境污染,而且造成大量重金属资源流失。从工业废水中回收重金属离子,不仅可以消除对环境的污染,又可以实现重金属的回收利用变废为宝,具有十分重要的意义。
螯合树脂因具有与金属离子结合能力强、选择性高等有点成为近年来离子交换树脂研究领域中重要的研究方向。螯合树脂可对水中的重金属离子进行浓缩和富集,已经被广泛应用于重金属离子的吸附、分离、富集及环境保护等方面。
3 实验部分
药品试剂
GMA 化学纯上海阿拉丁
联二吡啶分析纯天津市福晨化学试剂
三(2-氨基乙基)胺化学纯天津市化学试剂一厂
溴化亚铜分析纯洛阳市化学试剂厂
四氢呋喃化学纯天津市化学试剂一厂
甲醇化学纯洛阳市化学试剂厂
丙酮化学纯洛阳市化学试剂厂
无水乙醇化学纯洛阳市化学试剂厂
(2) 仪器设备
CP124S电子天平傅立叶变换红外光谱仪
KQ-1000DB 型数控超声波清洗器 SHZ -Ⅲ型循环水真空泵
DZF-6020型真空干燥箱
(3) 实验方法
1接枝反应
2g的氯甲基化聚苯乙烯为大分子引发剂, 2,2-联吡啶,,30mL四氢呋喃(THF),单体10mL甲基丙烯酸缩水甘油酯,冰水冷却抽真空,通氮气循环3次,约30min,反应温度40℃,时间(1h、3h、5h、8h、12h、16h、20h)。
2产物纯化(除铜离子)
产物用丙酮洗涤,然后在10%的EDTA(和甲醇体积比1:1)中搅拌反应24h,之后过滤,用水洗,再用乙醇洗涤,在25℃下真空干燥。
3胺基螯合树脂的合成
向装有电动搅拌器、温度计、,50mL四氢呋喃,搅拌均匀,加入3mL三(2-氨基乙基)胺,水浴加热至50℃,搅拌回流反应8h。待反应完成后,将反应物冷却至室温,过滤掉反应液,以去离子水洗涤至流出水酚酞指示不变色,然后用乙醇淋洗,得到胺基树脂。
红外光谱分析
如图所示,通过对比未改性的红外谱图与GMA接枝改性后的谱图,两个图中在3492cm-1处都有一个吸收峰,GMA接枝改性后这处特征峰比未改性在此位置的吸收峰更强,充分证明了GMA已经接到了氯甲基化聚苯乙烯。通过对比GMA接枝改性后的红外图谱与接胺基后的图谱,胺基螯合树脂在3492cm-1出现了一个中等强度的振动峰,为N-H的伸缩振动,同样,胺基螯合树脂在1680cm-1也出现了一个吸收峰,为-NH2键的特征吸收峰,说明含有胺基。
a:胺基螯合后 b:GMA改性 c:未改性
反应时间对产物接枝率的影响
由上表可以看出,反应时间越长,氯甲基化聚苯乙烯的接枝率越来越大。这是由于本实验运用了原子转移自由基聚合的方法,此方法活性可控,活性聚合是一种无终止,无转移,引发速率远大于增长速率的聚合反应,只要单体未被反应完,接枝反应将一直进行,因此随着反应时间的增加,单体浓度虽不断减少,但接枝率不断增大,直到单体被反应完全。
元素分析
由上表分析接枝改性后的聚合物的含C量变化不大,含氮量相对较小。是由于接枝的单体是GMA,其中无N元素,其