含柿单宁金属吸附剂对电子废弃物中Au(Ⅲ)、Pd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附效应研究

摘要

本研究分别以柿粉、柿落叶、柿树皮和纯化柿单宁为原料，采取不同改性及合成方法制备含柿单宁的生物吸附剂，命名为PPFR、NPFL、Kaki-TRF和Fe3O4@SiO2@PT，分别研究其对金属离子Au(Ⅲ)、Pd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的吸附效应。通过静态吸附法研究不同反应参数对吸附过程的影响，采用不同吸附模型拟合和描述实验数据并结合各种表征手段探讨吸附机理。此外，还在接近商业应用的条件下对其应用前景进行鉴定和分析。
　　主要研究结果如下，
　　1.PPFR能从工业金浸提液中选择性回收贵金属离子Au(Ⅲ)。通过考察固液比及稀释倍数对吸附量的综合影响，最终确定固液比为2mg mL-1，稀释倍数为3，且反应在24h内达到平衡。表征分析显示吸附后有金颗粒产生，说明在吸附过程中发生了氧化还原反应。动态柱吸附结果显示，对Au(Ⅲ)的吸附量为100B.V.（柱床体积）。与两种商用吸附剂比较，PPFR对Au(Ⅲ)的选择性吸附能力更强，具备良好的应用前景。
　　2.氢氧化钠能够显著提高柿落叶Pb(Ⅱ)的吸附量，并且NPFL对Pb(Ⅱ)的吸附受pH值影响较大，最佳pH值为5.0。Langmuir拟合结果说明，NPFL对Pb(Ⅱ)的最高吸附容量为256.41mg·g-1，在同类型的生物吸附剂中吸附量最高。NPFL对Pb(Ⅱ)的吸附机理可能为NPFL带负电的表面官能团与带正电的重金属离子之间的静电吸引，NPFL释放出自身的阳离子与Pb(Ⅱ)发生离子交换以及Pb(Ⅱ)与NPFL官能团形成稳定的螯合物。NPFL制备方法简单，材料来源于脱落柿叶，具有成本低廉、Pb(Ⅱ)回收效率高等优点。
　　3.Kaki-TRF是一种富含酚羟基的多孔材料，对Au(Ⅲ)吸附的最佳pH值为3.0。利用Langmuir模型计算出的最高吸附容量为258.07mg·g-1，在同类型多孔生物吸附剂中吸附量较高，并且能够实现对Au(Ⅲ)的选择性吸附。表征结果显示，其吸附金的机理可能为静电吸引—氧化还原—纳米金聚集。Kaki-TRF在制备过程中不使用甲醛，能够循环使用5次以上，同时制备原料为废弃的柿树枝，因此是一种新型绿色单宁泡沫。
　　4.以纳米四氧化三铁为核，进行二氧化硅包裹，再对二氧化硅进行氨基化改性，最后利用戊二醛将柿单宁固化于磁性二氧化硅微球表面得到一种磁性柿单宁吸附剂，命名为Fe3O4@SiO2@PT。该纳米磁性柿单宁微球对金和钯的吸附量分别高达917.43和191.47mg·g-1。对吸附前后的材料进行磁性能检测，饱和磁化值均大于20emu·g-1，矫顽力小于50Oe，说明它们在室温下近似为超顺磁性，能够保证较高的磁性分离效率。因此，Fe3O4@SiO2@PT是一种同时具备磁响应及超高吸附量的复合纳米微球。
　　综上所述，含柿单宁的金属吸附剂能够较好地吸附和回收电子废弃物中贵重金属，吸附量与柿单宁含量和纯度呈正相关。柿单宁对金的吸附机理以氧化还原为主，对铅的主要吸附机理为螯合反应，而钯吸附机理则为螯合和氧化还原共存。

目录

声明

摘要

缩略语表

第一章 前言

1．1 课题的提出

1．2 研究进展

1．2．1 柿单宁化学结构及性质研究进展

1．2．2 生物吸附研究进展

1．2．3 单宁吸附剂制备及改性研究进展

1．2．4 柿单宁吸附剂在吸附领域研究进展

1．3 研究目的及内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

第二章 柿粉甲醛树脂对电路板浸提液中Au(Ⅲ)的回收

2．1 前言

2．2 材料和方法

2．2．1 材料与试剂

2．2．2 柿粉甲醛树脂的制备

2．2．3 静态吸附

2．2．4 柱吸附及金回收

2．2．5 表征

2．3 结果与讨论

2．3．1 盐酸及硝酸对金选择性吸附率的影响

2．3．2 从工业浸金液中回收Au(Ⅲ)

2．3．3 与商用吸附剂比较

2．3．4 表征及吸附机理

2．3．5 柿粉甲醛树脂热解分析

2．4 小结

第三章 氢氧化钠改性柿落叶对Pb(Ⅱ)的吸附及机理

3．1 前言

3．2 材料和方法

3．2．1 材料与试剂

3．2．2 NaOH改性柿落叶的制备

3．2．3 静态吸附

3．2．4 吸附数据模型分析

3．2．5 动态吸附、解吸附与循环利用测试

3．2．6 表征

3．3 结果与讨论

3．3．1 溶液初始pH对铅吸附量的影响

3．3．2 NPFL吸附动力学

3．3．3 NPFL吸附等温线

3．3．4 共存离子及离子力对Pb(Ⅱ)吸附量的影响

3．3．5 动态吸附、解吸附与循环利用测试

3．3．6 表征与机理验证

3．3．7 NPFL处理工业废水

3．3．8 NPFL热重分析

3．4 小结

第四章 多孔柿单宁泡沫的制备及其对Au(Ⅲ)的吸附

4．1 前言

4．2 材料和方法

4．2．1 材料与试剂

4．2．2 柿单宁泡沫的制备

4．2．3 静态吸附

4．2．4 吸附数据模型分析

4．2．5 共存离子对吸附过程的影响

4．2．6 表征

4．3 结果与讨论

4．3．1 优化吸附过程参数

4．3．2 Kaki-TRF的选择性吸附

4．3．3 Kaki-TRF吸附机理

4．3．4 循环使用测试

4．4 小结

第五章 磁性柿单宁微球的制备及其对Au(Ⅲ)和Pd(Ⅱ)的吸附

5．1 前言

5．2 材料和方法

5．2．1 材料与试剂

5．2．2 柿单宁的提取与纯化

5．2．3 磁性柿单宁微球的制备

5．2．4 静态吸附

5．2．5 吸附数据模型分析

5．2．6 表征

5．3 结果与讨论

5．3．1 Fe3O4@SiO2@PT的合成及表征

5．3．2 Fe3O4@SiO2@PT对Au(Ⅲ)和Pd(Ⅱ)的吸附效果

5．3．3 Fe3O4@SiO2@PT对Au(Ⅲ)和Pd(Ⅱ)的吸附机理

5．4 小结

第六章 总结与展望

6．1 总结

6．2 创新之处

6．3 进一步工作设想

参考文献

在读期间的科研实践

致谢