选择性吸附Pb(II)和Hg(II)功能材料的研制及其去除性能研究

摘要

随着经济的迅速发展,我国环境污染也越来越严重,不仅危害环境还严重危害人类健康,其中重金属污染已成为环境污染的一大难题。因此迫切需要开发一种高效和能够循环去除废水中重金属的功能材料。由于离子印迹聚合物具有特异识别性、构效预定性和广泛实用性已经逐渐成为废水处理的重要手段。本文针对废水中的Pb(II)和 Hg(II)的严重危害,以及用传统方法合成的离子印迹聚合物回收难、选择性低等问题。开发了几种高选择性吸附Pb(II)和Hg(II)的功能材料,并对合成的功能材料的吸附机理和识别特性进行了初步探讨。并且初步探讨了这几种功能材料对实际废水中的有毒Pb(II)和Hg(II)去除和回收应用研究。具体内容包括:
　　1.本文首次以冠醚为功能单体合成了一种新型的冠醚铅离子印迹聚合物,试图将其用于富集、分离废水中的铅离子,并评价其选择性吸附性能。以4-乙烯基-18-冠-6为功能单体,通过反相微乳液法合成了新型的冠醚铅离子印迹聚合物(Pb(II)-IIP),并考察了不同条件下对(Pb(II)-IIP)吸附性能的影响。实验结果表明, Pb(II)-IIP对于Pb(II)最大的吸附容量为27.95 mg·g-1,Pb(II)-IIP对Pb(II)的吸附行为符合二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型。Pb(II)-IIP对于Pb(II)/Zn(II), Pb(II)/Co(II), Pb(II)/Ni(II)和Pb(II)/Cd(II)的相对选择系数分别为617.79,500.56,52.28和201.15,实验数据说明Pb(II)-IIP对于Pb(II)具有很强的专一性。此外, Pb(II)-IIP在实际环境水样品中铅离子的去除率高达100％,表明 Pb(II)-IIP在铅离子去除方面具有广发的应用前景。
　　2.针对上述 Pb(II)-IIP处理废水的目标产物需要离心或过滤等繁琐的处理过程,本文首次以胸腺嘧啶为功能单体,磁性Fe3O4纳米粒子为载体,首次合成了胸腺嘧啶磁性离子印迹聚合物,并试图将其用于处理废水中Hg(II),并评价其选择性吸附性能。以乙烯基胸腺嘧啶为功能单体,通过沉淀法合成磁性离子印迹聚合物(Hg(II)-MIIP),通过静态吸附、动态吸附、选择性吸附和 pH的影响实验对它们的吸附性能进行研究。TEM分析说明合成的Fe3O4粒径分布较窄,并且汞离子印迹聚合物包裹在磁性 Fe3O4表面。实验结果表明,在 pH值为6-7时, Hg(II)-MIIP对水中的汞去除效果最好,在此pH值条件下对Hg(II)的最大吸附量为162 mg/g。Hg(II)-MIIP对Hg(II)的吸附在7 min就达到平衡,并且Hg(II)-MIIP对 Hg(II)的吸附行为符合 Langmuir吸附等温模型和拟二级动力学模型,说明吸附位点位于离子印迹聚合物表面。
　　3.目前,离子印迹聚合物合成完之后都必须经过模板离子洗脱繁琐的后处理,然后才能用于重金属的吸附处理。本文首次建立了还原氧化石墨烯-胸腺嘧啶复合物选择性吸附汞的方法,采用氧化石墨烯为载体,胸腺嘧啶-对苯二胺衍生物为配体,通过重氮化反应合成了对Hg(II)具有选择性吸附的还原氧化石墨烯-胸腺嘧啶复合物(rGO-Thy)吸附材料。通过静态吸附、动态吸附、选择性吸附和pH的影响实验对它们的吸附性能进行研究。等温吸附试验结果表明:rGO-Thy对Hg(II)的吸附能力比rGO更强,它们的最大吸附容量分别为128和60 mg/g。在其他离子(Pb(II)、Ni(II)、Co(II)、Cd(II))共存条件下,rGO-Thy对Hg(II)的吸附能力最强,远远大于对其他离子吸附能力,说明 rGO-Thy因为胸腺嘧啶对汞的专属性而对Hg(II)具有选择性吸附。以上结果说明rGO-Thy可作为一种性能优良的吸附材料处理水中汞污染物。

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第一章 绪论

1.1 水环境中重金属污染现状及处理方法

1.1.1 水环境中重金属污染现状

1.1.2 铅污染的主要来源及危害

1.1.3 汞污染的主要来源及危害

1.1.4 重金属去除技术

1.2 选择性吸附材料

1.2.1 分子印迹技术

1.2.3 离子印迹技术

1.2.4 氧化石墨烯复合物

1.4 本课题研究的目的和主要内容

第二章 新型冠醚离子印迹聚合物的合成及其除铅应用研究

2.1 实验部分

2.1.1 实验仪器和设备

2.1.2 实验试剂

2.1.3 铅离子冠醚印迹聚合物的合成

2.1.4 Pb(II)-IIP与Pb(II)-NIP去除Pb(II)性能研究

2.2 实验结果与讨论

2.2.1 红外光谱分析

2.2.2 扫描电镜分析

2.2.3 吸附试验

2.3 小结

第三章 胸腺嘧啶离子印迹聚合物的合成及其除汞应用研究

3.1 实验部分

3.1.1 实验仪器和设备

3.1.2 实验试剂

3.1.3 胸腺嘧啶-汞离子印迹聚合物的合成

3.1.4 Hg(II)-MIIP与Hg(II)-MNIP去除Hg(II)性能研究

3.2 实验结果与讨论

3.2.1 Hg(II)-MIIP 的表征

3.2.2 Hg(II)-MIIP对汞的吸附性质研究

3.3 小结

第四章 还原氧化石墨烯-胸腺嘧啶复合物的制备及性能研究

4.1 实验部分

4.1.1 实验设备

4.1.2 实验试剂

4.1.3 rGO-Thy的合成

4.1.4 还原氧化石墨烯-胸腺嘧啶复合物去除汞的性能研究

4.2 实验结果与讨论

4.2.1 还原氧化石墨烯-胸腺嘧啶复合物的表征

4.2.2 还原氧化石墨烯-胸腺嘧啶复合物对汞的吸附性质研究

4.3 小结

第5章 结论与展望

5.1 总结

5.2展望

参考文献

硕士期间发表论文

致谢