基于復(fù)合型螯合材料PAO-SiO2的重金屬離子吸附與稀土離子表面印跡的研究.pdf

1、由于偕胺肟基團(tuán)中含有胺基與肟基雙齒配位基團(tuán)，故偕胺肟型螯合吸附材料對(duì)多種稀土及重金屬離子具有很強(qiáng)的螯合作用。本研究將丙烯腈接枝聚合在微米級(jí)硅膠微粒表面，然后經(jīng)偕胺肟化轉(zhuǎn)變，制得了接枝有聚偕胺肟（PAO）的復(fù)合型螯合吸附材料PAO/SiO2，研究了該功能微粒對(duì)重金屬離子的螯合吸附行為，并以其為基質(zhì)材料，制備了稀土離子表面印跡材料，研究了印跡材料對(duì)稀土離子的識(shí)別分離性能。本文的研究結(jié)果在環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域與稀土離子分離技術(shù)領(lǐng)域都具有明顯的科學(xué)意義

2、與價(jià)值。
　　用偶聯(lián)劑γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷(KH-570)對(duì)微米級(jí)硅膠進(jìn)行了表面化學(xué)改性，采用溶液聚合法，在改性硅膠微粒表面實(shí)施了丙烯腈（AN）的接枝聚合，制備了接枝微粒PAN/SiO2。用鹽酸羥胺對(duì)接枝PAN進(jìn)行偕胺肟(AO)化轉(zhuǎn)變，制得了接枝有偕胺肟樹(shù)脂(PAO)的復(fù)合型功能微粒PAO/SiO2。采用紅外光譜法(FTIR)、熱失重法(TGA)及掃描電子顯微鏡(SEM)等方法，對(duì)接枝微粒PAN/SiO2以及功能微

3、粒PAO/SiO2進(jìn)行了表征，考察了制備條件對(duì)AN的接枝聚合過(guò)程及對(duì)PAN的偕胺肟化轉(zhuǎn)變過(guò)程的影響規(guī)律。結(jié)果表明，在接枝聚合過(guò)程中，適宜的反應(yīng)條件為：?jiǎn)误w濃度9％，引發(fā)劑用量1.5%，溫度75℃，硅膠表面雙鍵含量2.13mmol/g，反應(yīng)5h，在此適宜條件下，PAN的接枝度可達(dá)14g/100g。受偕胺肟基團(tuán)空間位阻的影響，接枝的PAN的偕胺肟化轉(zhuǎn)變反應(yīng)不能進(jìn)行徹底，接枝PAN偕胺肟化轉(zhuǎn)變反應(yīng)條件為：介質(zhì)pH=6-7，溫度70℃，鹽酸羥胺

4、濃度1.0 mol/L，反應(yīng)時(shí)間4h，在此適宜條件下，制得的功能微粒PAO/SiO2其腈基轉(zhuǎn)化率約為78%。
　　考察了螯合吸附材料PAO/SiO2對(duì)幾種重金屬離子的螯合吸附行為，深入研究了吸附機(jī)理與吸附熱力學(xué)。研究結(jié)果表明，偕胺肟基團(tuán)與重金屬離子之間的配位螯合作用與靜電作用的協(xié)同，導(dǎo)致PAO/SiO2對(duì)重金屬離子產(chǎn)生強(qiáng)的螯合吸附作用，尤其對(duì)Pb2+離子表現(xiàn)出很強(qiáng)的螯合吸附能力，常溫下吸附容量可達(dá)12g/100g；吸附過(guò)程屬熵驅(qū)動(dòng)

5、的化學(xué)吸附過(guò)程，升高溫度，吸附容量增高；在可抑制金屬離子水解的pH范圍內(nèi)，介質(zhì)的pH值越高，PAO/SiO2的螯合吸附能力越強(qiáng)；PAO/SiO2對(duì)性質(zhì)不同的金屬離子的吸附性能是有差別的，吸附容量的順序?yàn)镻b2+＞Cu2+＞＞Cd2+＞Ni2+。
　　采用本課題組建立的新型分子表面印跡技術(shù)，以稀土釓離子為模板離子，戊二醛為交聯(lián)劑，對(duì)接枝在硅膠表面的PAO大分子鏈進(jìn)行了離子印跡(IIP)，制備了釓離子表面印跡材料IIP-PAO/SiO

6、2。以與釓元素相鄰的稀土元素銪及釤的離子為對(duì)比物，采用靜態(tài)與動(dòng)態(tài)兩種方法，考察研究了表面印跡材料IIP-PAO/SiO2對(duì)釓離子的結(jié)合性能與離子識(shí)別特性。研究結(jié)果表明，離子表面印跡材料IIP-PAO/SiO2對(duì)釓離子具有特異的識(shí)別選擇性與優(yōu)良的結(jié)合親和性。相對(duì)于離子半徑與其僅差1-3pm的相鄰稀土離子銪離子及釤離子，IIP-PAO/SiO2對(duì)釓離子的識(shí)別選擇性系數(shù)分別為7.49與7.93。此外，印跡材料IIP-PAO/SiO2還具有良好