论文部分内容阅读
本文首先用静电纺丝技术纺制PAN纳米纤维，并用盐酸羟胺水溶液对其化学改性后得到偕胺肟基PAN螯合纳米纤维；然后，重点研究偕胺肟基PAN螯合纳米纤维与不同金属离子的配合性能；最后，将纤维配合物作为非均相Fenton反应催化剂，研究其对亚甲基蓝染料的光催化降解性能。实验结果表明，随着盐酸羟胺浓度、反应温度和时间的增大，PAN分子的腈基转化率提高，且在pH为7时对改性反应最有利。红外光谱证明了PAN纳米纤维的表面存在偕胺肟基团，SEM表征说明化学改性对纤维表面形貌无严重破坏。然而，过高的转化率会导致PAN纳米纤维膜的力学性能损伤严重以及尺寸收缩变形明显，不利于螯合纳米纤维与金属离子的配合性能。金属离子初始浓度、反应时间和反应温度的增大均可促进偕胺肟基PAN螯合纳米纤维表面金属离子配合量的增加，并且在相同条件下，偕胺肟基PAN螯合纳米纤维与金属离子的配合性能比静电纺丝PAN纳米纤维原样强。而且由于四种金属离子结构和性能的不同导致其配合性能也有很大差异，由大及小的排序为Fe3+>Cu2+>Ni2+>Cd2+。PAN螯合纳米纤维与四种金属离子的配位反应都存在一个最适反应pH。配位平衡的实验数据非常吻合Langmuir吸附等温式，证明了金属离子在偕胺肟基PAN螯合纳米纤维表面的配位过程是单分子层作用。动力学分析表明偕胺肟基团与金属离子间的反应过程受颗粒内扩散控制，但颗粒内扩散控制不是唯一的速率控制步骤，整个反应过程主要是由两者间的化学反应所控制的。偕胺肟基PAN螯合纳米纤维与金属离子配位反应的△G0的值都为负，说明配位过程可自发进行；焓变(ΔH0)和熵变(ΔS0)的值都大于零，分别表示该反应是吸热过程且随着反应的进行，金属离子在偕胺肟基PAN螯合纳米纤维表面排列的无序性增大。SEM表征说明配位后偕胺肟基PAN螯合纳米纤维的形貌未受严重破坏，红外光谱和能谱分析都证实偕胺肟基团与金属离子之间发生了配位反应。亚甲基蓝染料的光催化降解实验表明四种纤维金属配合物具有一定的催化性能，并随着纤维配合物质量和表面负载金属离子含量的增加，亚甲基蓝染料的催化降解性能显著提高。因此，本课题的研究将为功能性纤维材料的开发提供思路。