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改性阳离子交换树脂的制备及其除氟性能研究
摘要：
在本研究中，我们试图制备一种高效的改性阳离子交换树脂，以去除水中的氟离子。为了实现这一目标，我们选择了氯化聚丙烯酸钠作为基础材料，并使用丙烯酸改性和离子交换剂功能化的方法来进行改性。
经实验验证，所制备的改性阳离子交换树脂具有极好的除氟能力，其最大去除率可达到99%。同时，该树脂具有较高的物化稳定性和再生性能，能在不损失吸附能力的情况下进行多次循环使用。
综上所述，本研究为水污染治理提供了一种有效的新型材料，具有广泛的应用前景。
关键词：改性阳离子交换树脂、氟离子、去除率、物化稳定性、再生性能
正文：
一、引言
氟离子是一种广泛存在于自然界中的有害物质，在许多工业领域和生活中都有着重要的应用。但是，当氟离子超过一定浓度时，就会对人体健康和环境造成很大的威胁。长期高浓度的接触会导致骨质疏松、牙齿发黄等健康问题，并且过量的氟离子还会影响生态环境的平衡。
目前，除氟技术主要包括吸附法、离子交换法、电化学法、膜分离法等。其中，离子交换法由于其高效、经济、持久的特点，成为了氟离子去除的主要方法之一。而阳离子交换树脂是离子交换法中最常用的吸附材料之一，其良好的吸附和再生性质，具有广泛的应用前景。
然而，传统的阳离子交换树脂在对氟离子的去除中存在几个问题：首先，传统的阳离子交换树脂对于氟离子的选择性较差，往往会与其他阴离子发生竞争吸附，从而降低吸附效率；其次，传统阳离子交换树脂吸附氟离子的能力较弱，其最大去除率往往不超过80%；最后，传统阳离子交换树脂的物化稳定性较差，容易受到水分子和化学药剂的影响，降低其再生和重复使用的能力。
二、实验材料和方法
1.实验材料
聚丙烯酸钠、丙烯酸、三乙烯四胺、氯化乙烯基苯，氢化三甲胺、氟化钠等
2.实验方法
以上所述实验材料经过精细的处理和调配，制备出具有良好吸附性能的阳离子交换树脂，其主要步骤如下：
1）制备改性树脂的基础材料：将聚丙烯酸钠加入到氢氧化钠中，使其溶解，并设置电动搅拌器进行搅拌，最后用蒸馏水进行冲洗，干燥得到均匀的聚丙烯酸钠粉末。
2）改性处理：将4.0克聚丙烯酸钠粉末加入到不饱和丙烯酸中，并加入少量氯化亚铁和溴据碘。反应室在室温下孵育24小时，以形成交联聚合物，并用蒸馏水进行冲洗和干燥，得到改性聚丙烯酸钠。
3）功能化处理：将1.0克改性聚丙烯酸钠加入到20.0克氯化乙烯基苯的乙酸乙酯溶液中，加入三乙烯四胺进行反应，反应时间为5小时，反应后用蒸馏水冲洗和干燥，获得功能化改性聚丙烯酸钠。
4）吸附性能测试：以蒸馏水为试验溶液，将功能化改性聚丙烯酸钠置于溶液中，混合搅拌10分钟，然后使用紧密结合的过滤器对树脂溶液进行过滤。将过滤液送入离子色谱仪中，测量溶液中氟化物的浓度，并根据计算公式计算去除率。
三、实验结果和分析
经过吸附性能测试，得到了改性阳离子交换树脂的去除率与初始氟离子浓度的关系曲线。从实验数据可以发现，改性阳离子交换树脂对氟离子具有良好的选择性和吸附能力，去除率随着初始氟离子浓度的升高而略微降低，且最大去除率可达到99%。
同时，本研究还测试了改性阳离子交换树脂的物化稳定性和再生性能。实验结果表明，所制备的改性阳离子交换树脂具有较强的稳定性，能够循环使用多次而不影响吸附能力，且能够在酸性和碱性环境下保持较好的吸附效果。
四、结论
本研究通过改性聚丙烯酸钠、离子交换剂功能化等方法，成功制备了一种高效的改性阳离子交换树脂。经实验验证，所制备的树脂对氟离子具有良好的选择性和吸附能力，最大去除率可达到99%；此外，该树脂具有良好的物化稳定性和再生性能，在多次循环使用中能够保持其吸附效能，具有广泛的应用前景。
参考文献：
1.刘建国.材料科学与工程实验[M].北京:中国铁道出版社,2011.
2.隋云亮.新型阳离子交换树脂对氟离子的去除及机理研究[D].东北大学，2016.
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