多级纳米花状复合材料深度除铅特性研究

摘要

随着工业发展，水体中的重金属铅污染问题日益加剧，严重危害了生态环境及人类健康，高效、深度、安全地净化铅污染水体成为环保领域的研究热点。纳米花状材料对重金属离子具有良好的吸附能力，但存在纳米粒子易团聚难分离、平衡时间长、共存离子影响吸附等问题。为了改善纳米花吸附剂对铅离子（Pb(II)）的吸附性能，提高净化深度，本文合成了三种多级纳米花状材料，表征分析其微观结构及化学组成，研究其对Pb(II)的吸附行为，探讨吸附特性及机理。
　　首先，利用传统水热合成法制备了纳米花状镁铝双金属氢氧化物 Mg/Al-LDHs，通过SEM表征，可以看出材料具有良好的多级纳米花状结构。对Pb(II)的最大吸附容量为85.1mg/g，60min左右达到平衡吸附率，且动力学过程较快，具有选择吸附性。但Mg/Al-LDHs在酸性环境下耐受性差，制备产率较低，吸附后分离困难。
　　为了简化多级纳米花状吸附剂的制备工艺，提高吸附剂的环境耐受性，利用化学沉淀法在常温下合成了丝胶蛋白诱导磷酸铜纳米花材料 S-Cu3(PO4)2。S-Cu3(PO4)2球状颗粒的粒径约为30μm，整个球体颗粒是由大量花瓣状褶皱层片组成。材料表面分布了大量由丝胶蛋白提供的-NH2、-OH等功能基团，对Pb(II)呈现出优异的吸附容量、极迅速的动力学过程和优秀的选择吸附能力。在25℃时，其最大吸附量可达1596.5mg/g，20min可达到吸附平衡，且对Pb(II)离子的吸附几乎不受Ca(II)、Mg(II)、Na(I)三种竞争离子影响。与水热合成法制备的多级纳米花状 Mg/Al-LDHs相比， S-Cu3(PO4)2不仅制备简单、产率高，而且能在更广泛的pH环境中保持材料的稳定性和优秀Pb(II)的吸附能力。
　　将S-Cu3(PO4)2应用于铅污染水体净化工程，还必须解决其纳米粉体流体阻力大、固液分离困难问题。以水处理工程中广泛应用的阳离子交换树脂D001为基体，利用生物粘合剂聚多巴胺（ PDA）解决有机基体与无机纳米粒子的相容性问题，使S-Cu3(PO4)2在 D001表面稳定生长，成功制备了树脂基丝胶蛋白磷酸铜纳米花复合材料PS-PDA-S-Cu3(PO4)2。PS-PDA-S-Cu3(PO4)2宏观粒径为0.3~0.5mm，树脂颗粒表面为花瓣状多级Cu3(PO4)2纳米结构。树脂功能基团-SO3-的负电性可通过Donnan膜效应实现对低浓度Pb(II)的预富集，进一步强化了PS-PDA-S-Cu3(PO4)2对Pb(II)的深度吸附净化特性。在柱吸附实验中，PS-PDA-S-Cu3(PO4)2对模拟含铅废水的处理量可达3255kg水/kg吸附剂，表明该材料具有良好的工程应用前景。

目录

声明

第1章 绪 论

1.1 铅污染废水的来源及危害

1.2 水体铅污染主要的处理方法

1.3各类吸附除铅材料的研究进展

1.4多级花状纳米材料

1.5 研究内容及意义

第2章 纳米花层状镁铝双金属氢氧化物吸附除铅性能

2.1 引言

2.2 材料与方法

2.3结果与讨论

2.7 本章小结

第3章 丝胶蛋白引导磷酸铜纳米花材料除铅性能研究

3.1 引言

3.2材料与方法

3.3 结果与讨论

3.4本章小结

第4章 树脂基丝胶蛋白磷酸铜纳米花复合材料高效除铅性能研究

4.1 引言

4.2实验部分

4.3 结果与讨论

4.4本章小结

结论

研究结论

研究展望

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢