实验19 多胺交联纤维素树脂的合成

一、实验目的

（1）加深大分子间化学交联反应原理的理解。

（2）掌握合成多胺交联纤维素的实验技术。

（3）了解多胺交联纤维素树脂对Zn²⁺的吸附性能。

二、实验原理

纤维素是自然界中储量最丰富的天然高分子，利用各种化学方法在纤维素分子上接枝各类螯合基团并用于富集或脱除重金属离子。纤维素本身为线型结构，不宜作树脂使用。本实验拟通过多胺与纤维素的衍生物羧甲基纤维素（CMC）分子中的—COOH发生反应来达到交联并引入螯合基团的目的。

CMC与多胺混合后先发生中和反应，然后在强的带水剂作用下发生脱水反应生成酰胺，反应一般在多胺过量的条件下进行，这样有利于引入更多功能基（多胺）。本文采用的反应物比例为—COOH：多胺=（2：1）～（1：5）（摩尔比），因此其预期的反应式为：

式中：P为纤维素母体；当R═C₂H₄NHC₂H₄时制得CMC（3N），当R═CHNHCHNHCH时制得CMC（4N）。

本实验以羧甲基纤维素钠（CMC—Na）为原料，将其与盐酸反应制备羧甲基纤维素（CMC）再与二乙烯三胺（DETA）反应合成具有多乙烯多胺螯合基团的螯合树脂；测定该树脂对Zn²⁺的吸附性能。

三、实验材料和仪器

1.主要实验材料

二乙烯三胺（DETA）（CP级）、二甲苯、Zn²⁺（由AR级试剂配制成5.0×10^-2mol/L的水溶液）、甲基纤维素钠（CMC—Na）（羧基含量约为2.74mmol/g）、乙醇、盐酸、氢氧化钠。

2.实验试仪器

三口烧瓶、酸度计、分水器、分光光度计、萃取器、磁力搅拌器、红外分光光度计、电导率仪。

四、实验步骤

1.CMC的制备

将CMC—Na用90%乙醇水溶液通过调成糊状，开动磁力搅拌器加入10%盐酸至pH为1～2，搅拌1h后放置4h，抽滤出固体，水洗至无Cl^-后用乙醇洗，于80℃下干燥至恒重备用。

2.二乙烯三胺交联纤维素树脂[CMC（3N）]的制备

在装有水分离器的三口烧瓶中依次加入CMC和DETA，搅拌10min混合均匀，然后加入二甲苯，搅拌下加热回流至分水器中不再有水分蒸出，蒸除部分二甲苯后，继续反应2h以使反应完全，冷却至室温后过滤出固体，分别用2%盐酸和1%氢氧化钠处理0.5h，水洗至中性，用95%乙醇热回流萃取4h，干燥备用。

3.二乙烯三胺交联纤维素树脂对Zn²⁺的静态吸附

用0.104～0.105g二乙烯三胺交联纤维素树脂在不同的吸附时间、起始浓度、温度、pH下，对Zn²⁺（100mL溶液）进行吸附实验。

吸附容量按下式进行计算：

式中：Q为吸附容量（mg/g）；C₀、C_e分别为吸附前后溶液中离子的浓度（mg/L）；V为溶液的体积（L）；m为二乙烯三胺交联纤维素树脂的干质量（g）。

Zn²⁺浓度用电导率仪测定。

4.多胺型稻草纤维素球对Zn²⁺的动态吸附

根据静态吸附结果，用4mol/LHCl将改性稻草纤维素球TVTA浸泡24h后，用二次水洗至中性，烘干后称取0.130g，装入100mL酸式滴定管（柱高5cm左右），用水润湿制成分离柱。

将TVTA分离柱对重金属离子进行逐次吸附试验，直至流出液的重金属离子浓度不再增大。计算累计吸附量，TVTA分离柱对Zn²⁺进行逐次洗脱试验，直至洗脱液不再解吸出重金属离子。计算累计洗脱量。

五、实验结果分析与讨论

（1）对二乙烯三胺交联纤维素树脂用IR表征。

（2）温度、pH对吸附性能有何影响？

（张帅 周光举 李青山）