镉离子印迹磁性纳米颗粒的合成及其对镉的吸附

摘要

由于重金属的危害越来越受到人们的重视，关于如何去除环境中的重金属是近年来研究的热点，许多研究证明，磁性纳米颗粒由于其表面活性和超顺磁性，在重金属去除方面显示出非常广阔的前景。另一方面，分子印迹技术作为一项新兴的分子技术开始进入研究学者的视线，该技术利用目标分子作模板，合成能够与模板分子特异性结合的印迹聚合物，实现对目标分子的特异性吸附。以磁性纳米颗粒作为载体，印迹聚合物为吸附剂，达到对环境中的重金属离子选择性吸附和分离的双重目的。
　　论文中以Fe2+、Fe3+和NH4+共存于密闭容器中反应合成Fe3O4纳米颗粒。然后用氨水还原原硅酸四乙酯的方法在颗粒表面包覆一层SiO2。印迹聚合物的制备以镉离子为模板分子，ATPES为偶联剂，合成印迹聚合物并连接在Fe3O4/SiO2纳米颗粒上，最后用2mol/L的盐酸洗脱，得到含有镉离子结合位点的印迹磁性纳米颗粒MIIP。制备出来的纳米颗粒粒径大小均一，分布在15～50nm之间，分散性良好，出现少量的团聚现象。通过磁强仪分析得出纳米颗粒的磁响应性在包覆后虽出现少量的减弱，但仍具有超顺磁性，在外加磁性场下能够实现快速分离。另外XRD图谱显示，纳米颗粒出现的主要衍射峰位置和相对大小与标准Fe3O4的特征衍射峰相吻合，且衍射峰明显尖锐，说明样品颗粒主要成分为Fe3O4，结晶型良好。
　　论文考察了pH值、底物浓度、时间以及其他重金属离子对吸附过程的影响，结果表明pH值对吸附量的影响较大，当pH值为7时，吸附量达到最大值。底物浓度对吸附过程的影响主要表现在，随着底物浓度的增加，MIIP对镉的饱和吸附量先是快速增加，后缓慢增加，最后基本不变，当底物浓度为60mg/L时，吸附量达到最大值，运用Langmuir模型对数据进行拟合后得出其理论最大吸附量为24.33mg/g。时间也是影响吸附过程的一个主要因素，吸附过程刚开始时，其吸附量迅速增加，随着吸附的进行，其增长速度逐渐变缓，从第4分钟开始，其吸附量没有明显的变化。说明MIIP对镉的吸附存在一个最大饱和值。用拟二级动力学方程得到最大饱和吸附量19.46mg/g。为了研究其他重金属离子对吸附过程的影响，实验设置了Cd2+和Zn2+、Cd2+和Pb2+两组竞争性吸附实验，结果得出印迹纳米颗粒对Cd2+的分配系数为187.5，远大于其他离子，在两组竞争性吸附实验中选择性系数分别为3.60和5.15，而非印迹只有0.98和1.12。说明MIIP能够从离子共存溶液中选择性的吸附目标离子。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 重金属吸附剂

1．1．1 活性炭吸附重金属的研究进展

1．1．2 生物吸附剂吸附重金属的研究进展

1．1．3 化学合成吸附剂吸附重金属的研究进展

1．1．4 其他吸附剂吸附重金属的研究进展

1．2 磁性纳米颗粒

1．2．1 Fe3O4纳米颗粒的制备

1．2．2 Fe3O4纳米颗粒的表面改性与修饰

1．2．3 Fe3O4纳米颗粒在重金属吸附中的应用

1．3 分子印迹技术

1．3．1 分子印迹聚合物的特点

1．3．2 分子印迹聚合物的合成

1．3．3 分子印迹聚合物的应用

1．4 本课题研究背景

1．4．1 研究意义

1．4．2 研究目的与内容

2 磁性镉离子印迹聚合物的制备与表征

2．1 引言

2．2 材料与方法

2．3 实验试剂

2．3．1 实验仪器

2．3．2 Fe3O4纳米颗粒的制备

2．3．3 Fe3O4／SiO2纳米颗粒的制备

2．3．4 镉离子印迹磁性纳米颗粒的制备

2．3．5 印迹磁性纳米颗粒的表征

2．4 结果与分析

2．4．1 纳米颗粒透射电镜分析

2．4．2 纳米颗粒X射线衍射分析

2．4．3 纳米颗粒磁响应性分析

2．5 本章小结

3 磁性镉离子印迹聚合物对样品中镉的吸附性能研究

3．1 引言

3．2 材料与方法

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器

3．2．3 pH值对吸附过程的影响

3．2．4 不同底物浓度对吸附过程的影响

3．2．5 反应时间对吸附过程的影响

3．2．6 自然样品的检测

3．3 结果与分析

3．3．1 pH值对印迹纳米颗粒吸附镉的影响

3．3．2 底物浓度对印迹纳米颗粒吸附镉的影响

3．3．3 印迹纳米颗粒对镉的动态吸附特性

3．3．4 印迹纳米颗粒对自然样品的吸附

3．4 本章小结

4 磁性镉离子印迹聚合物竞争吸附、解吸及再生性能研究

4．1 引言

4．2 材料与方法

4．2．1 实验试剂

4．2．2 实验仪器

4．2．3 竞争吸附实验

4．2．4 解吸与再生实验

4．3 结果与分析

4．3．1 印迹纳米颗粒对镉的吸附选择性

4．3．2 不同解吸剂的一次解吸率

4．3．3 不同解吸剂对颗粒再生性能的影响

4．4 本章小结

5 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读学位期间的主要学术成果

附录

致谢