錢金鑫，李明愉，馮長根

(北京理工大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，北京100081)

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亞胺基二乙酸螯合纖維的合成與性能研究

錢金鑫，李明愉，馮長根

(北京理工大學(xué) 機(jī)電學(xué)院，北京100081)

以氯甲基化聚丙烯接枝苯乙烯纖維(chloramethylated polypropylene grafted styrene，CPP-g-St)為原料，采用胺基化和羧甲基化兩步法反應(yīng)，制備一種具有選擇吸附性的亞胺基二乙酸螯合纖維(iminodiacetic acid chelate fiber，IDACF)，并利用正交實(shí)驗(yàn)法研究了時(shí)間、浴比、溫度、氯乙酸的用量對(duì)羧甲基化反應(yīng)的影響。所制備的亞胺基二乙酸螯合纖維對(duì)Cu2+的螯合吸附容量為65.54mg·g-1，纖維對(duì)Cu2+的吸附容量是對(duì)Fe3+的10.52倍。采用元素分析(EA)、傅里葉紅外光譜(FT-IR)、掃描電鏡(SEM)、熱重(TG)測試手段對(duì)纖維的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行了表征。結(jié)果表明，經(jīng)過兩步反應(yīng)后，亞氨基二乙酸基成功接枝到原料纖維表面，制備出的纖維具有良好的熱穩(wěn)定性。

氯甲基化聚丙烯接枝苯乙烯纖維；亞胺基二乙酸螯合纖維；胺化反應(yīng)；羧甲基化反應(yīng)；吸附容量

離子交換纖維是在離子交換樹脂的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新型纖維狀表面吸附與分離材料[1]，它由粗細(xì)均勻的許多單絲構(gòu)成，其特殊的物理形態(tài)使其與吸附質(zhì)有較大的接觸面積，對(duì)流體的阻力小，擴(kuò)散通道短，吸附快，吸附容量大，吸附化學(xué)穩(wěn)定性好，除此之外，離子交換纖維還具有再生能力強(qiáng)、機(jī)械強(qiáng)度好和使用形態(tài)自由度大等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于含重金屬廢水的處理、濕法冶金、環(huán)境保護(hù)、制藥工程、核電站用水的處理等多個(gè)領(lǐng)域，研究和開發(fā)的潛力很大[2-7]。

本工作開發(fā)的亞胺基二乙酸螯合纖維(Iminodiacetic Acid Chelate Fiber，IDACF)是一種以—N(CH2COOH)2為功能基的氨基羧酸螯合離子交換劑(Amino Acid Chelate Ion Exchanger, AACIE)，其功能基團(tuán)中的N原子能以孤對(duì)電子的形式與金屬離子形成配位鍵(多配位絡(luò)合物)，構(gòu)成與小分子螯合物相似的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。因此，與一般的離子交換纖維相比，IDACF與金屬離子的結(jié)合性更強(qiáng)、選擇性也更高，尤其是對(duì)成復(fù)數(shù)的多價(jià)金屬離子表現(xiàn)出優(yōu)異的選擇性和親和力。本研究受到亞氨基二乙酸螯合樹脂的啟發(fā)[8]，根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[9,10]，AACIE最早于1936年提出，Schwarzohbach在1947年開始從事關(guān)于AACIE的深入研究，并有相關(guān)產(chǎn)品問世。目前商業(yè)化的AACIE主要是亞胺基二乙酸螯合樹脂(Iminodiacetic Acid Chelate Resin，IDACR)，如美國的DowexA-1、日本的DiaionCR-10、俄羅斯的KT-1以及中國的D-751[11]、D-401[12]等，IDACR的研究已十分成熟，而關(guān)于IDACF的研究和報(bào)道卻微乎其微。本工作以課題組對(duì)螯合纖維的研究為基礎(chǔ)[13-17]，以氯甲基化聚丙烯接枝苯乙烯纖維(CPP-g-St，由桂林正翰科技開發(fā)有限責(zé)任公司提供)為原料，經(jīng)胺化和羧甲基化兩步反應(yīng)制備IDACF。采用正交實(shí)驗(yàn)的方法研究反應(yīng)中多因素共同作用時(shí)，反應(yīng)條件的優(yōu)化，確定出最佳的IDACF的制備條件，對(duì)纖維進(jìn)行結(jié)構(gòu)表征，并研究了IDACF對(duì)水溶液中Cu2+和Fe3+的吸附性能。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1試劑與儀器

N,N-二甲基甲酰胺、四乙烯五胺、無水硫酸銅、氫氧化鈉、碳酸鈉、無水乙醇均為國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司所售，氯乙酸為北京市大田豐拓化學(xué)技術(shù)有限公司所售，六水氯化鐵為北京益利精細(xì)化學(xué)品有限公司所售，均為分析純；氯甲基化聚丙烯接枝苯乙烯纖維(實(shí)驗(yàn)室自制，纖維平均直徑30μm左右)。

1.2反應(yīng)原理

1.2.1胺基化反應(yīng)機(jī)理

本合成第一步為胺基化反應(yīng)，反應(yīng)機(jī)理為原料CPP-g-St纖維上的氯代烷與四乙烯五胺發(fā)生親核取代反應(yīng)，親核試劑四乙烯五胺進(jìn)攻苯環(huán)上的氯甲基，取代元素氯，生成烴胺[18]。其反應(yīng)方程式為：

1.2.2羧甲基化反應(yīng)機(jī)理

亞胺基二乙酸螯合纖維(IDACF)合成第二步為羧甲基化反應(yīng)，其機(jī)理為合成的纖維上的氨基與ClCH2COOH在堿性條件(pH=9～10)發(fā)生胺的親核取代。在這個(gè)反應(yīng)中，苯環(huán)上的氨基為負(fù)離子親核試劑，反應(yīng)時(shí)進(jìn)攻ClCH2COOH中的羧甲基正離子底物，反應(yīng)結(jié)束后Cl帶著孤對(duì)電子離去，與氨基脫下的H形成HCl，因此反應(yīng)中要不斷增加Na2CO3溶液，來中和反應(yīng)生成的HCl，使反應(yīng)平衡不斷向右進(jìn)行，最終生成亞胺基二乙酸基功能基團(tuán)，同時(shí)要控制防止胺的?；雀狈磻?yīng)的發(fā)生[19]。反應(yīng)方程式為：

1.3實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1胺基化纖維的制備

以氯甲基化聚丙烯接枝苯乙烯纖維為原料，N,N-二甲基甲酰胺作溶劑，加入一定量的有機(jī)胺，控制一定溫度，回流反應(yīng)一段時(shí)間。反應(yīng)結(jié)束后，將產(chǎn)物纖維先后用乙醇和去離子水洗滌，50℃干燥至恒重。

1.3.2IDACF的制備

一定量的ClCH2COOH用NaOH溶液溶解后，調(diào)節(jié)pH=6～7，加入到N,N-二甲基甲酰胺溶脹0.5h的胺基化纖維中，用Na2CO3溶液調(diào)節(jié)pH=9～10，升至溫度回流反應(yīng)一定時(shí)間，反應(yīng)過程中不斷加入Na2CO3溶液以維持pH在9～10之間。反應(yīng)結(jié)束后，用乙醇洗滌去除有機(jī)溶劑，再用去離子水洗至中性，于50℃恒溫干燥箱中干燥至恒重。

在預(yù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，利用正交實(shí)驗(yàn)對(duì)第二步羧甲基化反應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化，選擇反應(yīng)時(shí)間(A)、浴比(B)、反應(yīng)溫度(C)和ClCH2COOH的用量(D)為研究的4個(gè)因素。

表1　羧甲基化反應(yīng)正交實(shí)驗(yàn)因素水平表Table 1　Orthogonal experiment factor levels table of carboxylation

1.4IDACF吸附容量的測定

稱取一定量IDACF于50 mL具塞三角瓶中，加入一定量的Cu2+溶液，于室溫下震蕩吸附24h，用分光光度法[20]測定吸附前后溶液中Cu2+的濃度。根據(jù)式(1)計(jì)算羧甲基化纖維吸附Cu2+的容量:

(1)

式中：qe為IDACF吸附Cu2+的容量，mg·g-1；c0，ce為IDACF吸附前后溶液中Cu2+的濃度，mg·L-1；Ve為溶液體積，L；me為IDACF的質(zhì)量，g。

相同操作條件下采用分光光度法[21]測定羧甲基化纖維對(duì)Fe3+的吸附容量。

1.5分析方法

元素分析：采用美國932元素分析儀測定纖維樣品中C，H，N的含量，并采用差減法計(jì)算其他元素的含量。

紅外光譜分析：原料纖維、胺基化纖維及IDACF的特征官能團(tuán)均采用Nicolet iS10傅里葉變換紅外光譜儀測定。測試時(shí)將纖維用剪刀剪碎，于研缽中磨成粉末，KBr壓片后進(jìn)行測試。

掃描電鏡分析：需測試的纖維樣品經(jīng)干燥噴金處理后采用FEG 250場發(fā)射掃描電鏡進(jìn)行表面形貌分析。

熱穩(wěn)定性測試：纖維樣品經(jīng)充分干燥脫水處理后，采用6200綜合熱分析儀進(jìn)行熱穩(wěn)定性的分析測試，升溫速率為10℃·min-1，溫度范圍50～600℃。N2氣氛保護(hù)，流速為50mL·min-1。

2　結(jié)果與討論

2.1羧甲基化反應(yīng)條件的研究

表2是羧甲基化反應(yīng)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果，以產(chǎn)物IDACF對(duì)Cu2+飽和吸附容量為性能的參考指標(biāo)，Ti代表每個(gè)水平的效應(yīng)。R為極差，即吸附容量的最高水平與吸附容量的最低水平的差值。

由表2中極差R值的分析結(jié)果可知，4因素對(duì)羧甲基化反應(yīng)影響因素大小順序?yàn)椋悍磻?yīng)時(shí)間>氯乙酸的用量>浴比>反應(yīng)溫度。以下按影響作用由大到小的順序分析各因素對(duì)羧甲基化反應(yīng)作用的機(jī)理。

(1)反應(yīng)時(shí)間：隨著羧甲基化反應(yīng)時(shí)間的增加，IDACF對(duì)Cu2+的螯合吸附容量增大，在反應(yīng)時(shí)間為6h，吸附容量達(dá)到最大值，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到8h時(shí)，吸附容量開始降低。這是因?yàn)榉磻?yīng)剛開始進(jìn)行，反應(yīng)進(jìn)行的不夠充分，在反應(yīng)時(shí)間為6h時(shí)，反應(yīng)達(dá)到完全。進(jìn)一步延長反應(yīng)時(shí)間，會(huì)導(dǎo)致長時(shí)間的攪拌使已經(jīng)接枝在氨基上的羧甲基基團(tuán)脫落，反而降低了反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。

表2　羧甲基化反應(yīng)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2　Orthogonal experiment results of carboxymethylation

(2)ClCH2COOH用量：ClCH2COOH用量為1g時(shí)，IDACF對(duì)Cu2+的螯合吸附容量較小，當(dāng)ClCH2COOH用量增至2g時(shí)，所制得的IDACF對(duì)Cu2+的螯合吸附容量達(dá)到最大值。在羧甲基化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，纖維上的氨基為負(fù)離子親核基團(tuán)，進(jìn)攻底物ClCH2COOH，當(dāng)ClCH2COOH的用量較少時(shí)，氨基轉(zhuǎn)化率較低，纖維上所接枝的氯甲基基團(tuán)較少，IDACF吸附容量較小，隨著ClCH2COOH用量增加，纖維上的氯甲基基團(tuán)增多，IDACF吸附容量增加。

(3)反應(yīng)溫度：隨著溫度升高，IDACF對(duì)Cu2+螯合吸附容量增加，在70℃時(shí)達(dá)到最大值，進(jìn)一步增加反應(yīng)溫度，吸附容量降低。羧甲基化親核取代反應(yīng)的合適溫度范圍為55～100℃，超出這個(gè)范圍會(huì)有氨基的乙酰化等副反應(yīng)發(fā)生，影響主反應(yīng)的進(jìn)行，不利于亞胺基二乙酸基團(tuán)的形成[19]，影響IDACF的螯合吸附容量。

(4)浴比：ClCH2COOH在溶劑N，N-二甲基甲酰胺中的溶解度不高，當(dāng)浴比增大時(shí)，未溶解入溶劑中的ClCH2COOH會(huì)繼續(xù)溶解到溶劑中，反應(yīng)體系中ClCH2COOH的濃度并未因溶劑的增加而降低。因此浴比對(duì)羧甲基化反應(yīng)影響不大。

由Ti可知，羧甲基化反應(yīng)的最佳條件為A3B1C2D2，即反應(yīng)時(shí)間為6h，浴比為30∶1，反應(yīng)溫度為70℃，氯乙酸的用量為2g。采用最優(yōu)組合重復(fù)實(shí)驗(yàn)后制得的IDACF對(duì)Cu2+的飽和吸附容量為65.54mg·g-1，說明本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的正交實(shí)驗(yàn)是合理和正確的。

2.2IDACF的結(jié)構(gòu)表征

2.2.1元素分析

表3是3種纖維元素分析的結(jié)果，從表中可以看出，原料CPP-g-St纖維經(jīng)胺基化反應(yīng)后的纖維上N元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加，說明第一步胺基化反應(yīng)使四乙烯五胺成功接枝到原料纖維上。而經(jīng)第二步羧甲基化反應(yīng)后的纖維上N元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)減小，這是因?yàn)榉肿涌偭孔兇?，N元素分子量所占比例相應(yīng)減少，說明氯乙酸經(jīng)羧甲基化反應(yīng)接枝到胺基化纖維上。

表3　元素分析結(jié)果(質(zhì)量分?jǐn)?shù)/%)Table 3　The results of elemental analysis(mass fraction/%)

2.2.2FT-IR光譜分析

圖1是原料纖維、胺基化纖維及IDACF的FT-IR譜圖分析。

圖1　纖維FT-IR譜圖Fig.1　Infrared spectra of fibers

曲線b為第一步產(chǎn)物胺基化纖維的紅外譜圖，823cm-1和669cm-1處C—Cl鍵強(qiáng)吸收峰減弱基本消失，1636cm-1處出現(xiàn)N—H鍵強(qiáng)的面內(nèi)彎曲振動(dòng)峰，3400～3100cm-1處為N—H的伸縮振動(dòng)的寬峰，758cm-1處的為N—H的面外彎曲振動(dòng)峰，541cm-1處為C—H的彎曲振動(dòng)峰[22]，這些充分說明胺基化反應(yīng)的發(fā)生。

2.2.3SEM測試及EDS分析

圖2(a)，(b)，(c)，(d)分別是原料纖維、IDACF、吸附Cu2+后IDACF外表面的掃描電鏡圖片及IDACF吸附Cu2+后的EDS能譜圖。由圖2可以看出

圖2　纖維表面SEM圖及能譜圖　(a)原料纖維；(b)亞胺基二乙酸螯合纖維；(c)吸附Cu2+后IDACF；(d)吸附Cu2+后IDACF能譜圖Fig.2　SEM photography and EDS of fibers surface　(a)CPP-g-St;(b)IDACF;(c)IDACF after absorbing Cu2+; (d)EDS of IDACF after absorbing Cu2+

原料CPP-g-St纖維呈圓柱狀，纖維表面光滑整潔，經(jīng)過胺化和羧甲基化兩步反應(yīng)后纖維的表面變得凹凸不平，吸附Cu2+之后的纖維表面有很多針片狀物，這可能是因?yàn)榉磻?yīng)和吸附發(fā)生在IDACF的表面。

2.2.4TG-DTG分析

圖3是纖維的TG-DTG曲線，采用N2為保護(hù)氣氛，升溫速率為10℃·min-1。從圖3(a)可以看出，原料CPP-g-St纖維在250℃時(shí)，失重不足2%，在300℃時(shí)失重達(dá)到15%左右，這一過程應(yīng)為氯甲基的脫落。圖3(b)中的IDACF在200℃時(shí)開始失重，400℃時(shí)失重達(dá)15%左右，這一過程應(yīng)為苯環(huán)上亞胺基二乙酸基的脫落[23]。由于IDACF在200℃內(nèi)失重較小，跟原料CPP-g-St相比，IDACF的熱穩(wěn)定性并沒有發(fā)生明顯的變化。這說明胺基化和羧甲基化反應(yīng)并沒有使纖維的耐熱性降低，所合成的IDACF仍具備良好的熱穩(wěn)定性。

圖3　纖維的TG-DTG曲線　(a)CPP-g-St；(b)IDACFFig.3　TG-DTG curves of fibers　(a)CPP-g-St;(b)IDACF

2.3IDACF的吸附性能

2.3.1pH值對(duì)IDACF吸附性能的影響

圖4給出的是pH=1～5時(shí)IDACF對(duì)Cu2+的飽和吸附容量。從圖中可以看出，IDACF對(duì)Cu2+的飽和吸附容量隨pH值的增大(酸度的減小)而增加。這是因?yàn)楫?dāng)pH值較小時(shí)，H+的濃度較大，抑制了羧酸基團(tuán)上—H的解離，降低了功能基團(tuán)的配位絡(luò)合能力，可見pH值越大IDACF的螯合能力越強(qiáng)。但并不是pH值越大越好，實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)pH值為6時(shí)，Cu2+溶液出現(xiàn)輕微的混濁現(xiàn)象，所以選定最佳pH值為5。

圖4　pH值對(duì)IDACF吸附容量的影響Fig.4　The effect of pH value on adsorption capacity of IDACF

2.3.2溫度對(duì)IDACF吸附性能的影響

圖5給出的是體系溫度對(duì)IDACF吸附Cu2+容量的影響曲線。從圖中可以看出，IDACF對(duì)Cu2+的吸附容量隨溫度的升高而降低，說明溫度升高，Cu2+從IDACF上解吸的速率大于IDACF 吸附Cu2+的速率，溫度越高越不利于纖維的螯合作用，因此應(yīng)用IDACF時(shí)，應(yīng)控制環(huán)溫度境，常溫操作即可。

圖5　溫度對(duì)IDACF吸附容量的影響Fig.5　The effect of temperature on adsorption capacity of IDACF

2.3.3IDACF對(duì)金屬離子的選擇吸附性

取兩份相同質(zhì)量的IDACF，分別吸附相同濃度的Cu2+溶液和Fe3+溶液，吸附平衡后測定溶液中離子的濃度，表4為IDACF分別吸附Cu2+和Fe3+的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

由表4可以看出，IDACF對(duì)Cu2+的吸附容量是對(duì)Fe3+吸附容量的10倍多，對(duì)銅的吸附能力遠(yuǎn)大于鐵，因此IDACF對(duì)Cu2+和Fe3+混合溶液具有較好的選擇吸附性能。

表4　IDACF選擇性吸附金屬離子性能的比較Table 4　The comparison of IDACF selective adsorption to metal ions from water

3　結(jié)論

(1)CPP-g-St纖維羧甲基化反應(yīng)制備IDACF的最佳反應(yīng)時(shí)間為6h，最佳溫度為70℃，最佳浴比為30∶1，氯乙酸最佳用量為2g。經(jīng)胺基化和羧甲基化兩步反應(yīng)制得的IDACF對(duì)水溶液中Cu2+和Fe3+的飽和吸附容量分別為65.54mg·g-1和6.23mg·g-1。

(2)IDACF中有N，O元素的存在，纖維中出現(xiàn)了相應(yīng)的特征官能團(tuán)的吸收峰，這兩者驗(yàn)證了胺基化反應(yīng)和羧甲基化反應(yīng)的合理性。

(3)經(jīng)胺基化和羧甲基化兩步反應(yīng)后，IDACF表面發(fā)生了明顯的變化，吸附反應(yīng)主要發(fā)生在IDACF表面。IDACF在200℃以內(nèi)具有良好的熱穩(wěn)定性。

(4)IDACF吸附Cu2+的最佳pH值為5，適宜溫度為室溫。

(5)IDACF對(duì)Cu2+有良好的吸附性，可以從Cu2+和Fe3+混合溶液中有效的吸附Cu2+，達(dá)到銅與鐵分離的效果。IDACF對(duì)混合溶液中的Cu2+具有優(yōu)異的選擇性吸附特點(diǎn)，可用于混合溶液中Cu2+的選擇性吸附。

[1]馬建標(biāo),李晨曦.功能高分子材料[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 2000.

MA J B, LI C X. Functional Polymer Materials[M].Beijing: Chemical Industry Press, 2000.

[2]NRIAGU J O, PACYNA J M. Quantitative assessment of worldwide contamination of air, water and soils by trace metals[J]. Nature, 1988, 333(6169):134-139.

[3]原思國, 曾漢民. 離子交換功能纖維的研究、開發(fā)和進(jìn)展[J].高科技纖維與應(yīng)用, 1999, 24(1):14-18.

YUAN S G, ZENG H M. The advances in study and development of ion exchange fiber[J]. Hi-Tech Fiber and Application,1999,24(1):14-18.

[4]VUORIO M, MANZANARES J A, MURTOMAKI L, et al. Ion-exchange fibers and drugs: a transient study[J]. Controlled Release, 2003, 91(3):439-448.

[5]鄧瓊，曾慶軒，馮長根. 聚丙烯醇基強(qiáng)堿性陰離子交換纖維制備和性能[J].材料工程，2006,(11):22-26.

DENG Q, ZENG Q X, FENG C G. Study on preparation and properties of polyvinyl alcohol based alkali anion exchange fiber[J]. Journal of Materials Engineering, 2006, (11):22-26.

[6]DOMINGUEZ L, BENAK K R, ECONOMY J. Design of high efficiency polymeric cation exchange fibers[J]. Polym Adv Technol, 2011, 12: 197-205.

[7]RAMAZAN C, YASIN D. Preparation of double amidoxime-containing chelating fiber for removal of chrome(VI) Ions[J]. Journal of Macromolecular Science, 2014, 51(10):767-782.

[8]曾佑林.高親水性亞胺二乙酸螯合樹脂的合成及其性能研究[D].長沙：湖南師范大學(xué),2001.

ZENG Y L. Synthesis and properties of highly hydrophilic iminodiacetic acid resins[D].Changsha:Hunan Normal University, 2001.

[9]何炳林,程曉輝,閆虎生.親水性亞胺二乙酸基螯合樹脂合成與性能的研究[J].離子交換與吸附,1992, 8(2):159-163.

HE B L, CHENG X H, YAN H S. Synthesis and properties of hydrophilic ligand exchange resins(HIDA)[J]. Ion Exchange and Adsorption, 1992, 8(2):159-163.

[10]李永勝,趙玉增,周君蘭.亞胺基二丙酸型螯合樹脂的制備與應(yīng)用研究[J].上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào),2009,9(4): 291-294.

LI Y S, ZHAO Y Z, ZHOU J L. Research on synthesis and Application of iminodiprophonic acid ligand chelating fiber[J]. Journal of Shanghai Institute of Technology, 2009, 9(4): 291-294.

[11]王金明,劉文飛,張玲.氟化改性D751螯合樹脂的制備及應(yīng)用[J].中國氯堿, 2011,(8): 7-10.

WANG J M, LIU W F, ZHANG L. Application and preparation of fluoride modified D751 chelating resin[J]. China Chlor-Alkali, 2011, (8):7-10.

[12]喬小宇, 李洪, 李華昌. D401螯合樹脂柱分離富集ICP-OES法測定水中的痕量Cu2+、Pb2+、Cd2+[J].合成材料老化與應(yīng)用, 2013,42 (2):18-20.

QIAO X Y, LI H, LI H C. ICP-OES determination of trace amounts of Cu2+, Pb2+, Cd2+in water after separation and enrichment by D401 chelating resin column[J]. Aging and Application of Synthetic Material, 2013,42(2):18-20.

[13]李明愉,曾慶軒,馮長根.強(qiáng)堿性離子交換纖維的結(jié)構(gòu)與性能[J].材料科學(xué)與工藝, 2006, 14(1): 32-35.

LI M Y, ZENG Q X, FENG C G. Structure and properties of the strong alkaline anion exchange fiber[J]. Materials Science and Technology,2006,14(1):32-35.

[14]鄧瓊,曾慶軒,馮長根.聚丙烯基強(qiáng)堿性陰離子交換纖維的結(jié)構(gòu)表征及性能研究[J].材料科學(xué)與工程學(xué)報(bào),2006, 24(5): 642-645.

DENG Q, ZENG Q X, FENG C G. Study on structure characterization and properties of polypropylene based alkali amino exchange fiber[J]. Journal of Material Science and Technology, 2006,24(5):642-645.

[15]孫小莉.螯合纖維的制備及應(yīng)用研究[D].北京:北京理工大學(xué)，2009.

SUN X L. The preparation and application of chelate fiber[D]. Beijing: Beijing Institute of Technology, 2009.

[16]李明愉,趙紅果,曾慶軒. 氨基膦酸螯合纖維的制備及性能研究[J].功能材料, 2012, 43(5): 550-554.

LI M Y, ZHAO H G, ZENG Q X. The preparation and properties of amino phosphonic chelating fiber[J]. Journal of Functional Materials, 2012,43(5):550-554.

[17]孫耀冉.聚丙烯基螯合纖維的制備與應(yīng)用研究[D].北京:北京理工大學(xué)，2013.

SUN Y R. The preparation and application of polypropylene chelating fiber[D]. Beijing: Beijing Institute of Technology, 2013.

[18]周從章,李明愉,曾慶軒. 離子交換纖維對(duì)重金屬的吸附研究[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備, 2003, 4(7):26-28.

ZHOU C Z, LI M Y, ZENG Q X. Study on adsorption of heavy metals by ion exchange fiber[J]. Techniques and Equipment for Environmental Pollution Control,2003,4(7):26-28.

[19]何炳林,林雪,楊益忠,等. 氨羧螯合樹脂的合成及性能研究[J].離子交換與吸附, 1993, 9(2): 102-106.

HE B L, LIN X, YANG Y Z, et al. Synthesis and properties of iminocaboxylic chelating resins[J]. Ion Exchange and Adsorption,1993,9(2):102-106.

[20]劉兆森,陳余軍,付大友. 在微乳液中5-Br-PADAP光度法測食品中的銅[J].中國衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志, 2001,11(4):391-393.

LIU Z S, CHEN Y J, FU D Y. Photometric determination of copper in food with 5-Br-PADAP in micro-emulsoid[J]. Chinese Journal of Health Laboratory Technology, 2001, 11(4):391-393.

[21]劉曉權(quán)，范建成. Tween-80存在下5-Br-PADAP分光光度法飲用水中微量鐵[J].內(nèi)蒙古石油化工，2003,29(2):23-24.

LIU X Q, FAN J C. 5-Br-PADAP spectrophotometric method testing trace iron in drinking water with the presence of Tween-80[J]. Inner Mongolia Petrochemical Industry,2003,29(2):23-24.

[22]馮長根,孫耀冉,李明愉,等.氨基膦酸螯合纖維合成和吸附性能的紅外光譜研究[J].光譜學(xué)與光譜分析, 2012, 32(12): 3188-3192.

FENG C G, SUN Y R, LI M Y, et al. FTIR spectroscopic study on synthesis and adsorption performance of amino phosphonic acid chelating fiber[J]. Spectroscopy and Spectral Analysis,2012,32(12):3188-3192.

[23]馮長根,孫耀冉,李明愉.四乙烯五胺基膦酸螯合纖維的制備與性能研究[J].功能材料, 2013, 44(18) :1-6.

FENG C G, SUN Y R, LI M Y. Preparation of silicon nitride fibers by pyrolysis nitridation of polycarbosilane[J]. Journal of Functional Material, 2013,44(18):1-6.

Preparation and Properties of Iminodiacetic Acid Chelate Fiber

QIAN Jin-xin，LI Ming-yu，F(xiàn)ENG Chang-gen

(School of Mechatronical Engineering，Beijing Institute of Technology，Beijing 100081，China)

The iminodiacetic acid chelate fiber(IDACF) which has a property of selective adsorption, was fabricated by amination and carboxylation using chloramethylated polypropylene grafted styrene fiber as raw material. Orthogonal experiment was adopted to study the effect of temperature, time, liquor ratio and the amount of chloroacetic acid on carboxylation reaction. The maximum adsorption capacity of iminodiacetic acid chelate fiber to Cu2+is 65.54mg·g-1, which is 10.52 times of that of Fe3+. Elementary analysis(EA), Fourier transform infrared spectrum(FT-IR), scanning electron microscopy(SEM) and thermogrametry(TG) were used to characterize the structure and the properties of the iminodiacetic acid chelate fiber. The results show that iminodiacetic acid has been transformed to the raw fiber successfully after amination and carboxymethylation, and IDACF has good thermal stability.

chloramethylated polypropylene grafted styrene fiber; iminodiacetic acid chelate fiber; aminafion reaction; carboxylation reaction; adsorption capacity

10.11868/j.issn.1001-4381.2016.07.010

TQ342.84

A

1001-4381(2016)07-0054-07

2014-09-26；

2015-12-25

李明愉(1969-)，女，副教授，博士，從事高分子材料及納米金屬多孔材料的研究，聯(lián)系地址：北京理工大學(xué)爆炸科學(xué)與技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(100081)，E-mail:mingyuli@163.com