水體中重金屬離子吸附材料的制備及性能研究.pdf

1、水乃生命之源。由于現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，重金屬污水的排放日益嚴(yán)重，對環(huán)境和生物健康造成了巨大威脅。而重金屬具有劇毒、不可降解、生物富集等特性，并且自然降解過程十分緩慢，所以對重金屬污水的處理顯得尤為急迫。然而傳統(tǒng)的處理方法如沉淀法、離子交換法等有著諸多弊端，所以相比較而言吸附法已經(jīng)成為處理重金屬污水的最為理想方法之一，其具有副產(chǎn)物無毒害、成本低廉、操作簡便等優(yōu)點(diǎn)。而吸附法中最為關(guān)鍵的一點(diǎn)則是吸附材料的研發(fā)，如何設(shè)計(jì)和制備有效的重金屬吸附材

2、料，尤其是可同時(shí)去除多種重金屬離子或?qū)Ｒ恍晕侥撤N特定重金屬離子的吸附材料是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。因此本文主要開展了以下幾方面的研究:
　　首先設(shè)計(jì)并采用反相懸浮交聯(lián)法成功制備出了巰基/季銨鹽功能化磁性殼聚糖復(fù)合材料(Cyshtcc-Fe3O4)用于同時(shí)去除污水中的7種重金屬離子，采用FTIR，SEM，VSM和TGA等方法進(jìn)行表征。該復(fù)合材料可在pH7、60 min內(nèi)同時(shí)對多種重金屬離子(As5+，As3+，Cu2+，Hg2+，Zn2+

3、，Cd2+，Pb2+)具有較好的去除效果，尤其對Pb2+效果最佳，吸附容量可達(dá)235.63mg/g，高于多數(shù)文獻(xiàn)報(bào)道值，然而該材料對As3+的去除效果較差。吸附等溫線擬合表明Cyshtcc-Fe3O4的吸附過程更符合Sips模型，吸附動力學(xué)更符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型，說明Cyshtcc-Fe3O4吸附重金屬離子的過程以化學(xué)吸附為主，XPS結(jié)果表明吸附主要是由于巰基官能團(tuán)與金屬離子發(fā)生了絡(luò)合作用所致。Cyshtcc-Fe3O4具有較好的解吸再

4、生性能，以Pb2+為例，重復(fù)使用5次之后Cyshtcc-Fe3O4對Pb2+的去除效率依然可達(dá)93％。
　　上述研究過程中發(fā)現(xiàn)，砷(Ⅲ)離子是一種較難吸附的重金屬離子，因此為提高吸附材料對砷(Ⅲ)離子的去除性能，本章采用離子印跡方法和反相懸浮交聯(lián)法，以殼聚糖為載體和功能單體，砷(Ⅲ)離子為印跡離子，成功制備出了砷(Ⅲ)離子印跡磁性四氧化三鐵/季銨鹽殼聚糖復(fù)合材料(As(Ⅲ)-IMHNPs)，該印跡材料對砷(Ⅲ)離子具有良好的去除效

5、果，在pH6、吸附劑用量2 g/L、初始濃度為5mg/L的砷溶液、313K的實(shí)驗(yàn)條件下，去除效率可達(dá)93.88％，最大吸附容量可達(dá)11.52 mg/g。與非印跡材料NIMHNPs相比，As(Ⅲ)-IMHNPs對砷(Ⅲ)離子的選擇去除性能得到提高，不同干擾離子存在下的印跡因子范圍為1.02～1.17。此外As(Ⅲ)-IMHNPs具有較好的解吸再生性能，重復(fù)應(yīng)用10次之后，其除砷(Ⅲ)效率依然可達(dá)75％。吸附動力學(xué)更符合準(zhǔn)二級動力學(xué)模型，說

6、明As(Ⅲ)-IMHNPs除砷(Ⅲ)過程以化學(xué)吸附為主。
　　上述研究中，As(Ⅲ)-IMHNPs與NIMHNPs相比較雖然具有一定的優(yōu)勢，但印跡材料的選擇性優(yōu)勢并不十分明顯。結(jié)合砷(Ⅲ)離子的特性和存在形式考慮，選用陽離子表面活性劑甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化銨(DMC)為功能單體、乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)為交聯(lián)劑、過硫酸銨-亞硫酸氫鈉為氧化還原引發(fā)體系，使用乳液聚合法成功制備了砷(Ⅲ)離子印跡聚合物(As(Ⅲ)-ⅡP)

7、，實(shí)驗(yàn)步驟簡單，操作方便，使用FTIR，SEM，TEM，XRD，TGA等手段進(jìn)行了表征。批吸附實(shí)驗(yàn)探討了As(Ⅲ)-ⅡP的最佳除砷(Ⅲ)參數(shù)及選擇吸附性能，結(jié)果表明在pH7、吸附劑用量2g/L、30℃下對初始濃度為1mg/L的砷溶液的去除效率最佳，最大吸附容量為0.38 mg/g，且As(Ⅲ)-ⅡP具有很高的選擇吸附性能，不同干擾離子存在下的印跡因子范圍為2.15～3.36。吸附等溫線擬合表明As(Ⅲ)-ⅡP的吸附過程更符合Sips模型