鎳、鉛和汞離子印跡聚合物的合成及在廢水中選擇性去除性能的研究.pdf

1、重金屬污染對生態(tài)環(huán)境和人類健康產(chǎn)生嚴(yán)重的危害，備受世界各國的廣泛關(guān)注。本文旨在研究離子印跡技術(shù)，以解決傳統(tǒng)處理方法在處理水體中重金屬時(shí)存在的選擇性低、難以實(shí)現(xiàn)資源化利用、易引發(fā)二次污染等缺陷。本文合成幾種新型的高選擇性、高穩(wěn)定性和高效循環(huán)使用的親水性離子印跡聚合物，應(yīng)用于實(shí)際水環(huán)境中重金屬離子Ni(II)、Pb(II)和Hg(II)的去除，并深入探討吸附機(jī)理。主要研究內(nèi)容有：
　　(1)以1-乙烯基咪唑?yàn)楣δ軉误w，Ni(II)為模

2、板離子，采用沉淀聚合法制備的鎳離子印跡聚合物Ni(II)-IIP具有高度有序的層狀結(jié)構(gòu)。BET測試結(jié)果表明，Ni(II)-IIP對Ni(II)的吸附曲線呈H3型，屬于層狀粒子結(jié)構(gòu)，與SEM結(jié)果相一致。Ni(II)-IIP對Ni(II)的最佳吸附pH值為6-7。Ni(II)-IIP和Ni(II)-NIP的最佳吸附容量分別為39.16和13.28 mg/g，符合Langmuir吸附模型，表明Ni(II)-IIP對Ni(II)是單層的化學(xué)吸附

3、，吸附位點(diǎn)均勻分布。Ni(II)-IIP對Ni(II)的吸附在約6 min時(shí)達(dá)到平衡，初始吸附速率分別為65.317 mg·g-1·min-1，符合準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)模型，表明Ni(II)-IIP有高的傳質(zhì)速率。能譜分析(EDS)和X射線光譜(EDS)結(jié)果證明，Ni(II)與1-乙烯基咪唑以1:4配比螯合。Ni(II)-IIP對Ni(II)、Pb(II)、Cu(II)、Co(II)和Cd(II)的選擇性系數(shù)分別為633，41，23，45和34

4、，證明Ni(II)-IIP對Ni(II)具有高度識別性。Ni(II)-IIP在經(jīng)過5個(gè)吸附-解吸循環(huán)后吸附容量下降了約11.2％，展現(xiàn)了良好的穩(wěn)定性和再生能力。
　　(2)選擇對Pb(II)具有多重配位作用和無需接枝雙鍵的2-(烯丙基硫代)煙酸作功能單體，采用沉淀聚合的方法制備得到粒徑均一(平均粒徑為177 nm)的鉛離子印跡聚合物Pb(II)-IIP選擇性去除溶液中的Pb(II)。Pb(II)-IIP對Pb(II)的吸附在16

5、min時(shí)達(dá)到飽和，吸附過程符合準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)吸附模型；Pb(II)-IIP的最佳吸附容量為29.67 mg/g，約為Pb(II)-NIP的三倍，吸附符合Langmuir等溫模型，表明它以單層的化學(xué)吸附為主導(dǎo)作用。XPS和EDS數(shù)據(jù)證實(shí)：Pb(II)與2-(烯丙基硫代)煙酸的螯合比為1:2。在有競爭離子共存時(shí)，Pb(II)-IIP對Pb(II)的吸附容量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它離子，說明Pb(II)-IIP受競爭離子的干擾很小。實(shí)際廢水應(yīng)用實(shí)驗(yàn)表明，P

6、b(II)-IIP對實(shí)際工業(yè)廢水中的Pb(II)去除率達(dá)到97.2%以上，符合國家排放標(biāo)準(zhǔn)，證明Pb(II)-IIP去除工業(yè)廢水中Pb(II)時(shí)是一種有效的材料。
　　(3)以磁性納米粒子Fe3O4@SiO2為載體，烯丙基硫脲為功能單體，通過采用將Fe3O4磁性能與表面印跡技術(shù)相結(jié)合的方式，熱引發(fā)制備新型的磁性汞離子印跡聚合物MIIP高選擇性去除水環(huán)境中的Hg(II)。MIIP有高飽和磁強(qiáng)度15.9403 emu/g。MIIP和M

7、NIP對Hg(II)的最大吸附容量分別為78.3和39.5 mg/g。MIIP對Hg(II)的吸附動(dòng)力學(xué)在5 min時(shí)達(dá)到平衡，符合準(zhǔn)二級動(dòng)力學(xué)模型，擬合系數(shù)R2為0.998。D-R模型計(jì)算獲得的平均吸附能E為10.2 J/mol，揭示出吸附過程為化學(xué)吸附，結(jié)合方式主要是Hg(II)與乙烯基硫脲間通過軟酸-軟堿作用螯合形成了穩(wěn)定的配合物。MIIP對 Hg(II)/Ni(II)， Hg(II)/Cu(II)，Hg(II)/Co(II)和H