核-壳型有机/无机杂化材料的制备及其在重金属废水处理中的应用

摘要

近年来，由重金属废水排放而引发的环境污染事件频繁发生，科学有效地解决重金属污染已经成为一个刻不容缓的问题。在重金属废水处理技术中，吸附法的应用最为广泛，吸附法的核心是吸附材料，随着重金属污染日益严重，传统的吸附材料已经无法满足现阶段的处理要求，开发新型功能性吸附材料具有重要的意义。
　　本论文以400 nm二氧化硅微球为无机内核，通过蒸馏共沉淀聚合方法制备核-壳型有机/无机杂化材料，并探究其对重金属离子的吸附性能，具体如下：
　　1、胺基化杂化微球对Cd(II)、Cu(II)和Pb(II)的吸附性能研究
　　以甲基丙烯酸（MAA）为高分子聚合单体，采用蒸馏共沉淀聚合法制备核-壳型杂化微球P(MAA-co-EGDMA)/SiO2，通过二乙烯三胺（DETA）改性该杂化微球，制备表面富含胺基基团的P(DETA-co-EGDMA)/SiO2微球。元素分析的结果表明胺基化杂化微球上N元素的含量为2.91％。此外，采用了透射电镜（TEM）、红外光谱（FT-IR）、热失重分析仪（TGA）对杂化微球P(DETA-co-EGDMA)/SiO2进行了系统表征。并探究胺基化杂化微球对溶液中Cd(II)、Cu(II)和Pb(II)的吸附行为，考察了吸附剂用量、溶液pH、吸附温度、溶液初始浓度、吸附时间等因素对吸附过程的影响。实验结果表明，胺基化杂化微球对三种重金属离子均具有良好的吸附能力，在303 K时，胺基化杂化微球对Cd(II)、Cu(II)和Pb(II)的最大吸附量分别为37.00 mg·g-1、47.50 mg·g-1和72.75 mg·g-1；循环三次脱附再生实验后，吸附 Cd(II)的胺基化杂化微球的再生率为88.81%，吸附 Cu(II)的为90.86%，吸附Pb(II)的为90.13%。等温吸附实验表明Langmuir等温吸附模型适合描述胺基化杂化微球对Cd(II)、Cu(II)和Pb(II)的吸附行为，热力学分析表明胺基化杂化微球对Cd(II)、Cu(II)和Pb(II)的吸附过程是吸热反应，升温有利于吸附的进行。吸附动力学实验表明，胺基化杂化微球对Cd(II)、Cu(II)和Pb(II)的吸附符合准二级动力学模型。
　　2、咪唑化杂化微球对Cd(II)、Cu(II)和Pb(II)的吸附性能研究
　　以1-乙烯基咪唑（VI）为功能性单体，通过蒸馏共沉淀方法制备咪唑化核-壳型有机/无机杂化微球 P(VI-co-EGDMA)/SiO2，采用 TEM、FTIR、TGA分析咪唑化杂化微球的形貌与结构特征，元素分析表明咪唑化杂化微球中 N元素的含量为3.15%。将咪唑化杂化微球用于吸附溶液中的Cd(II)、Cu(II)和Pb(II)，结果表明，咪唑化杂化微球对这三种重金属离子均具有良好的吸附能力。在303 K下，咪唑化杂化微球对Cd(II)、Cu(II)和Pb(II)的最大吸附容量分别为51.25 mg·g-1、34.00 mg·g-1和88.50 mg·g-1。咪唑化杂化微球对Cd(II)、Cu(II)和Pb(II)的吸附属于化学吸附，符合Langmuir等温吸附模型和准二级动力学模型。循环进行三次脱附再生实验后，吸附Cd(II)的咪唑化杂化微球的再生率为94.40%，吸附Cu(II)的为91.20%，吸附Pb(II)的为92.90%。

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1 绪论

1.1 有机/无机杂化材料的发展

1.2 有机/无机杂化材料的分类

1.3 有机/无机杂化材料的应用

1.4 重金属废水概况

1.5 吸附法在处理重金属废水中的应用

1.6 论文选题背景、主要研究内容及创新点

2 实验器材及实验方法

2.1 实验药品与仪器

2.2 实验方法

2.3 本章小结

3 胺基功能化杂化微球的制备及对重金属离子的吸附

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

4 咪唑功能化杂化微球的制备及对重金属离子的吸附

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果

致谢