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

(中北大學 理學院，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，設備要求低，吸附劑可重復利用等優點，得到越來越廣泛的關注。

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經過預處理并烘干的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劑APS，攪拌并通入氮氣30 min以排盡體系內的空氣。待升溫至一定溫度后加入一定量的DMDAAC單體，恒溫反應一段時間，冷卻后抽濾并用蒸餾水反復沖洗樹脂，除去未反應完的單體與均聚物。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——吸附劑的質量，g。

2 結果與討論

2.1 合成機理

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

由圖3可知，隨著反應溫度的升高，吸附量逐漸增大，在40 ℃時吸附量達到最大，之后溫度升高吸附量降低。這是因為當溫度超過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，使接枝速率降低進而影響了吸附量。

圖3 反應溫度對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 引發劑用量的影響 圖4為制備過程中引發劑用量(質量分數)對D301-g-PDMDAAC吸附量的影響曲線。

圖4 引發劑用量對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，隨著引發劑用量的增加，單體接枝速率加快,當引發劑APS用量為1%時吸附量達到最大，之后引發劑用量增加，吸附量降低。這是因為，當引發劑用量超過1%時，引發速率過快，樹脂表面產生了過量的自由基導致產生的低分子量均聚物占據活性位點，抑制了接枝反應的進行。

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時吸附量達到最大。當單體用量低時，單體受溶劑的籠蔽效應的影響，鏈引發速率低[11]。隨著單體用量的增加，鏈引發速率加快，吸附量上升，而過量的單體在反應時增加了鏈終止的幾率，使吸附容量下降。

圖6 反應時間對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，隨著反應時間的增加，吸附量逐漸增大，達到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,分別為 h-1，g/(mg·h)

表2 動力學方程擬合結果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，L/mg；

n和m——吸附強度相關常數。

表3 等溫模型擬合參數及結果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上[17]。

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

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

3 結論