具有选择吸附作用的聚吡咯/凹凸棒复合材料的构建及吸附性能研究

Polypyrrole, as one of condcting polymer, can selectively adsorb ions in a solution according to different dopants. Thus, there is no difinit mechanism about the PPy’s feature. Based on different dopants, the topic proposes to use attapulgite which has high surface area, low-cost and good adsorption property and polypyrrole to prepare the composite with selective adsorption property. The mechanism and selectivity rule of composites for adsorbing ions are found by studying the influence of sort, size and amount of dopants and combination and matching between dopants and oxidants. Also the outside facts such as solution pH, initial concentration of ions, temperature are investigated. Furthermore, the influence of adsorbate’s properties on selective adsorption is deeply discussed in a multiple ions system. The relationship of dopant and adsorbate can be obtained and the adsorption order will be proposed according to ion’s adsorption capacity. In this work, we aim to reveal the primary and secondary factors about selective adsorption of PPy composites, and corresponding mechanism. Also, seletive rules based on dopants will be proposed in order to provide theoretical directions for design and build selective adsorption material.

高分子导电聚合物聚吡咯通过不同掺杂剂对溶液中的离子有一定的选择性吸附作用,然而，到目前为止掺杂剂和吸附质之间没有提出明确的对应关系。本课题提出采用不同掺杂剂，将具有高比表面、低成本、吸附性能良好的凹凸棒与聚吡咯构建具有选择吸附性能的复合材料，在单离子体系通过研究掺杂剂的种类、大小、数量及与氧化剂的组合、配比对复合材料吸附性能的影响，得到复合材料对离子选择性吸附的规律及机理；系统研究溶液pH值、离子初始浓度、温度等外界因素对吸附剂吸附能力的影响；在多离子体系深入讨论吸附质的性质对复合材料选择性吸附的影响，寻找出掺杂剂和吸附质之间的对应关系，并根据吸附容量为离子的去除进行排序，从而实现复合材料吸附过程的离子选择性。通过本项目的研究，力图揭示影响聚吡咯材料选择性吸附的主次因素及对应的机理，阐明基于掺杂剂的选择性规律，为选择性吸附材料的构建和设计提供理论指导与依据。

导电高分子聚合物聚吡咯(PPy)通过掺杂不同尺寸的离子改变聚合物的链结构，从而对溶液中的污染物有一定的选择性吸附作用。本项目利用两类不同掺杂剂，将聚吡咯与具有高比表面、低成本、吸附性能良好的凹凸棒(ATP)一起构建了具有选择吸附性能的新型复合材料，分别用来吸附溶液中的重金属离子及含氧酸根污染物，揭示影响复合材料选择性吸附的主次因素及对应的机理，阐明基于掺杂剂的选择性规律及吸附质结构对复合材料吸附性能的影响机理，为选择性吸附材料的构建和设计提供理论指导与依据。主要分为以下几方面：.（1）采用化学原位聚合法制备了掺杂小尺寸离子(Cl-)的ATP/PPy/Cl复合材料，系统研究了外界因素对复合材料吸附性能的影响，得到复合材料对含氧酸根—阴离子污染物Cr(VI)吸附的规律及机理。结果表明吸附过程氧化还原反应、表面络合、静电吸附及离子交换综合作用的结果。.（2）采用化学原位聚合法制备ATP/PPy/SDS复合材料，系统研究外界因素对复合材料吸附能力的影响，得到复合材料对阳离子污染物—Ni(II)(Ni2+)吸附的规律及机理。结果表明离子交换和静电吸附占主导作用。.（3）分别用ATP/PPy/Cl和ATP/PPy/SDS两种复合材料在Ni(II)和Cr(VI)双离子污染物体系中进行吸附研究，探究了掺杂剂和复合材料选择性吸附污染物离子之间的对应关系，结果表明：掺杂离子尺寸不同决定了复合材料对阴离子污染物和阳离子污染物的响应不同。.（4）采用ATP/PPy/Cl复合材料在Cr(VI)和P(V)双阴离子污染物体系中进行吸附研究，考察各种因素对复合材料吸附性能的影响，探讨了阴离子吸附质的性质对吸附材料性能的影响机制。充分证明了吸附质性质的不同，导致其与吸附剂相互作用的机理不同，从而引起二者被吸附时出现了选择性的差异。.（5）采用ATP/PPy/SDS复合材料在Ni(II)和Cu(II)双阳离子污染物体系中进行吸附研究。考察外界因素对复合材料吸附性能的影响，探讨了阳离子吸附质的性质对吸附材料性能的影响机制。结果表明因为吸附质物理化学性质的差异复合材料吸附Cu(II)的推动力要大得多。.