羟肟化杯[6]芳烃上沿负载壳聚糖对铀(VI)等重金属的吸附作用及机制

摘要

杯芳烃是第三代超分子化合物，其合成过程简单方便，而且结构易修饰，因此功能化修饰杯芳烃成为近期研究领域的热点。壳聚糖作为自然界中唯一存在的碱性多糖，具有无毒，容易降解，不会对环境造成二次污染的特点，是放射性去污的绿色环保材料。
　　本研究以对羟基苯甲酸为原料，通过化学修饰合成得到上沿羧基化的杯[6]芳烃羟肟衍生物，即5,11,17,23,29,35-六羧基-37,38,39,40,41,42-六羟肟酸甲氧基杯[6]芳烃(HHMHC)，然后通过HHMHC上沿的羧基与二氯亚砜反应在上沿衍生酰氯得到5,11,17,23,29,35-六甲酰氯基-37,38,39,40,41,42-六羟肟酸甲氧基杯[6]芳烃（HFCHMHC）。然后使酰氯基团与壳聚糖的氨基发生N-酰化反应进行接枝，得到羟肟化杯[6]芳烃上沿负载壳聚糖（CHD-CTS）。
　　以CHD-CTS为吸附剂，通过静态吸附实验，考察不同因素对HHMHC和CHD-CTS对U(VI)、Cu2+、Ni2+去除效果的影响，并通过紫外扫描图谱对HHMHC与不同种类的金属阳离子的络合能力进行测定。此外，对HHMHC的萃取过程及CHD-CTS的吸附过程进行了动力学与热力学分析，借助SEM、FTIR、EDS等仪器分析手段探究其吸附机理。实验结果如下：
　　1）HHMHC对UO22+、Na+、Cu2+、Pb2+和Ni2+的络合能力很强，其中UO22+，Cu2+，Ni2+与HHMHC的络合比分别为3:2，3:7，3:2。
　　2）HHMHC对Ni2+、Cu2+、UO22+具有较好的萃取效果，在萃取剂浓度为2×10-4mol/L，金属离子初始浓度为5mg/L的条件下，当温度为30℃时，对Ni2+的萃取的最佳pH值为5.0，对Cu2+的萃取的最佳pH值为6.0，对UO22+的萃取的最佳pH值为6.0；在15分钟时，萃取剂对Ni2+、Cu2+的萃取率超过92％、89%；振荡时间为30分钟时，HHMHC对U(VI)的萃取分配比达到10以上。
　　3）当铀的pH值为6.0时，CHD-CTS对铀吸附效果最好，吸附时间越长，CHD-CTS对铀的吸附率越大，CHD-CTS的用量越多，其对铀的吸附效果越好；而铀初始浓度越高，吸附率反而下降。当铀酰离子与其他离子共存时，钙离子和锰离子对铀的去除效果影响较小，而C2O42-、CO32-等阴离子对铀的吸附效果影响较大。
　　4）对吸附过程进行动力学分析可知吸附剂 CHD-CTS对铀、铜和镍的吸附过程可以较好的用二级动力学模型进行描述。而Freundlich方程能更好的对 CHD-CTS吸附铀、铜和镍的过程进行描述，通过计算吉普斯自由能和焓变可知此吸附过程是一个自发的吸热反应过程，而且在对铀（VI）、铜和镍的吸附过程中起主要作用的是羟肟基团。

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第1章 绪 论

引言

1.1 铀的来源

1.2 铀污染

1.3 含铀废水的主要处理方法

1.4 杯芳烃及其衍生物

1.5 壳聚糖及其衍生物

1.6 研究的意义、目的及主要内容

第2章 CHD-CTS的制备及表征

2.1 试剂与仪器

2.2 上沿羧基化杯[6]芳烃及CHD-CTS的制备

2.3 本章小结

第3章 HHMHC对金属离子的络合性能

3.1 试验试剂与仪器

3.2 HHMHC与金属离子的络合

3.3 本章小结

第4章 CHD-CTS对重金属离子的吸附性能

4.1 试验试剂与仪器

4.2 HHMHC对铜和镍的萃取性能

4.3 CHD-CTS对铜和镍的吸附性能

4.4 本章小结

第5章 CHD-CTS对铀的选择吸附性能

5.1 试验试剂与仪器

5.2 铀标准曲线的绘制

5.3 HHMHC对铀的萃取性能

5.4 实验结果与讨论

5.5 CHD-CTS对铀的吸附性能

5.6 解吸再生

5.7 本章小结

第6章 吸附动力学与热力学研究

6.1 吸附动力学理论

6.2 CHD-CTS吸附Cu2+和Ni2+的动力学过程分析

6.3 CHD-CTS吸附铀（VI）的动力学分析

6.4 吸附热力学理论

6.5 CHD-CTS吸附Cu2+和Ni2+的热力学分析

6.6 CHD-CTS吸附铀（VI）的热力学分析

6.7 本章总结

第7章 吸附机理研究

7.1 CHD-CTS对U（VI）的吸附机理

7.2 CHD-CTS吸附Cu2+和Ni2+的机理分析

7.3 本章小结

第8章 结论与建议

8.1 创新点

8.2 结论

8.3 建议

参考文献

攻读学位期间发表的论文及参与的科研项目

1 申请专利

2 发表论文

3 参与课题

致谢