D301树脂的季铵化改性及其对的吸附性能研究

高丰，张洁，高文华，安富强

(中北大学 理学院，山西 太原 030051)

黄金是一种稀有的贵金属，其储量低，资源有限，因此回收黄金有着很重要的意义。目前提取金的方法有溶剂萃取法[1]、活性炭法[2]、电解法[3]、离子交换法[4]、吸附法等[5]，其中吸附法具有吸附效率高，设备要求低，吸附剂可重复利用等优点，得到越来越广泛的关注。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

二甲基二烯丙基氯化铵(DMDAAC，60%)、氯金酸(HAuCl4)、过硫酸铵(APS)均为分析纯；D301大孔弱碱性树脂由安徽皖东化工有限公司提供。

THZ-82型恒温振荡箱；雷磁-PHS-3C型pH计；Prodigy型全谱直读等离子发射光谱仪(ICP)；4800S傅里叶红外光谱仪。

1.2 实验方法

1.2.1 D301-g-PDMDAAC树脂的制备与表征 将1 g经过预处理并烘干的D301树脂加入装有回流冷凝管、电动搅拌器的四口烧瓶中，加入50 mL蒸馏水与一定量的引发剂APS，搅拌并通入氮气30 min以排尽体系内的空气。待升温至一定温度后加入一定量的DMDAAC单体，恒温反应一段时间，冷却后抽滤并用蒸馏水反复冲洗树脂，除去未反应完的单体与均聚物。真空下烘干得到接枝材料D301-g-PDMDAAC。

采用KBr压片法测定D301与D301-g-PDMDAAC的红外光谱。

Q=V(C0-Ct)/m

(1)

式中V——HAuCl4溶液的体积，L；

C0，Ct——HAuCl4溶液初始浓度，t时刻的浓度，mg/L；

m——吸附剂的质量，g。

2 结果与讨论

2.1 合成机理

图1 D301-g-PDMDAAC的制备过程Fig.1 Preparation process of D301-g-PDMDAAC

2.2 D301-g-PDMDAAC的表征

图2为D301和D301-g-DMDAAC的红外光谱图。

图2 红外光谱图Fig.2 FTIR spectra

2.3 制备条件对吸附量的影响

2.3.1 反应温度的影响 图3为制备过程中反应温度对D301-g-PDMDAAC吸附量的影响曲线。

由图3可知，随着反应温度的升高，吸附量逐渐增大，在40 ℃时吸附量达到最大，之后温度升高吸附量降低。这是因为当温度超过40 ℃时，溶液中自由基分解速率过快，短时间聚集较多的活性中心，易形成低分子量均聚物，附着在D301表面，使接枝速率降低进而影响了吸附量。

图3 反应温度对D301-g-PDMDAAC吸附量的影响Fig.3 Effect of reaction temperature on adsorption capacity of D301-g-PDMDAAC

2.3.2 引发剂用量的影响 图4为制备过程中引发剂用量(质量分数)对D301-g-PDMDAAC吸附量的影响曲线。

图4 引发剂用量对D301-g-PDMDAAC吸附量的影响Fig.4 Effect of initiator dosage on adsorption capacity of D301-g-PDMDAAC

由图4可知，随着引发剂用量的增加，单体接枝速率加快,当引发剂APS用量为1%时吸附量达到最大，之后引发剂用量增加，吸附量降低。这是因为，当引发剂用量超过1%时，引发速率过快，树脂表面产生了过量的自由基导致产生的低分子量均聚物占据活性位点，抑制了接枝反应的进行。

2.3.3 单体用量的影响 图5为制备过程中单体用量对D301-g-PDMDAAC吸附量的影响曲线。

图5 单体用量对D301-g-PDMDAAC吸附量的影响Fig.5 Effect of monomer dosage on adsorption capacity of D301-g-PDMDAAC

由图5可知，随着单体用量的增加，单体分子间的碰撞几率增大，接枝速率加快，在10 mL时吸附量达到最大。当单体用量低时，单体受溶剂的笼蔽效应的影响，链引发速率低[11]。随着单体用量的增加，链引发速率加快，吸附量上升，而过量的单体在反应时增加了链终止的几率，使吸附容量下降。

图6 反应时间对D301-g-PDMDAAC吸附量的影响Fig.6 Effect of reaction time on adsorption capacity of D301-g-PDMDAAC

由图6可知，随着反应时间的增加，吸附量逐渐增大，达到10 h以后吸附量基本保持不变。这是因为接枝后的D301表面聚集了大量的大分子聚合物，相互重叠，使之后的单体向活性位点转移受阻，接枝10 h后的吸附量基本保持持平。

2.4 D301-g-PDMDAAC对的吸附性能

图7 吸附动力学曲线Fig.7 Adsorption kinetic curves at 298 K,pH=2

表1 不同吸附剂对的吸附量Table 1 Adsorption of on different adsorbents

ln(Qm-Qt)=lnQm-k1t

(2)

(3)

其中Qt——t时刻的吸附量，mg/g；

Qm——最大吸附量，mg/g；

k1和k2——吸附速率常数,分别为 h-1，g/(mg·h)

表2 动力学方程拟合结果Table 2 Fitting results of kinetic equation

图8 吸附等温线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——平衡浓度，mg/L；

KL、KF、KS——分别是Langmuir、Freundlich、Sips吸附平衡常数，L/mg；

n和m——吸附强度相关常数。

表3 等温模型拟合参数及结果Table 3 Fitting parameters and results of isotherm model

Freundlich等温模型通常用于描述非均匀表面上的吸附过程，而Langmuir等温模型是建立在具有相同吸附点，且吸附点之间没有横向相互作用的均匀单层表面上的假设上[17]。

图9 吸附-解吸循环次数Fig.9 Adsorption-desorption cycles(298 K,pH=2)

由图9可知，随着吸附-解吸次数的增加，饱和吸附量基本保持不变，由此可见D301-g-PDMMDAAC有着良好的重复使用性能。

3 结论