新型材料的水中納米微粒和多種重金屬的吸附及應(yīng)用研究.pdf

1、生物吸附材料、炭質(zhì)吸附材料和磁性吸附材料等新型材料已被成功應(yīng)用于環(huán)境水體中多種污染物吸附去除的研究中。重金屬污染對人類的身體健康和生態(tài)系統(tǒng)造成了嚴重的威脅，是世界關(guān)注的熱點之一。隨著納米技術(shù)的不斷發(fā)展，由納米微粒引發(fā)的對生態(tài)環(huán)境及生物健康的負面影響也逐漸受到了大家的重視。本文研究了巰基功能化的蛋殼膜(TESM)對水中多種重金屬Cr(Ⅵ)、Hg(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Ag(Ⅰ)的吸附性能，多壁碳納米管(MWCNTs)對

2、水中納米微粒的吸附及聚（二甲基二烯丙基氯化銨）(PDDA)修飾的四氧化三鐵納米粒子(PDDA-Fe3O4)對銀納米微粒(Ag NPs)的吸附性能。
　　1.實驗基于蛋殼膜(ESM)上的二硫鍵與巰基乙酸銨之間的氧化還原反應(yīng)合成了TESM。本研究對這種新型生物吸附材料進行了表征并將其應(yīng)用于環(huán)境水體中多種重金屬離子Cr(Ⅵ)、Hg(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)和Ag(Ⅰ)的去除。結(jié)果表明，TESM對以上六種重金屬離子具有較好

3、的結(jié)合能力，吸附動力學(xué)均符合準二級動力學(xué)方程，吸附等溫線符合Langmuir等溫模型，最大吸附量可分別達到113.64、138.89、46.73、32.47、23.70和129.87 mg/g，與未經(jīng)修飾的ESM相比，分別增加了1.6、5.5、7.7、12.4、12.7和21.1倍。本研究還通過拉曼光譜和XPS對吸附機理進行了討論，TESM不僅可以吸附去除重金屬離子，還可以將Cr(Ⅵ)還原為Cr(Ⅲ)，實現(xiàn)Cr(Ⅵ)的解毒。實驗中還考察

4、了水環(huán)境的pH、共存物質(zhì)和不同水體基質(zhì)對吸附的影響，并將其作為柱填料成功應(yīng)用于實際工業(yè)廢水中重金屬離子的去除。該生物吸附材料吸附性能高、成本低、環(huán)境友好，在水處理方面有一定的應(yīng)用潛力。
　　2.本研究將炭質(zhì)吸附材料MWCNTs應(yīng)用于環(huán)境水體中金屬納米微粒如Citrate-Ag NPs、 PVP-Ag NPs、Citrate-Au NPs和PVP-Au NPs的吸附。實驗中探討了MWCNTs的直徑對納米微粒吸附性能的影響，并對比了M

5、WCNTs及表面羧基化MWCNTs對納米微粒吸附性能的差異，結(jié)果表明MWCNTs的直徑越大吸附效果越好，表面羧基化不利于MWCNTs對帶負電荷的納米微粒的吸附。我們還探討了納米微粒的配體及環(huán)境因素如溶液的pH、離子強度、腐殖酸濃度對吸附體系的影響。在對吸附動力學(xué)和等溫線的考察中發(fā)現(xiàn)， MWCNTs對以上四種納米微粒的吸附動力學(xué)均符合準二級動力學(xué)方程，吸附等溫線符合Langmuir等溫模型，最大吸附量可分別達到476.19、64.10、6

6、66.67和99.01 mg/g，可以有效的吸附水中的納米微粒。
　　3.本實驗使用廉價、綠色的聚陽離子電解質(zhì)PDDA，通過共沉淀法，溫和、簡便、快速地合成了PDDA-Fe3O4，并將其用于水體中Ag NPs的吸附研究。實驗中對PDDA-Fe3O4進行了TEM、FT-IR、XRD、飽和磁化強度、zeta電位的表征測定，并研究了pH、腐殖酸和Ag NPs配體對吸附體系的影響。結(jié)果表明，PDDA-Fe3O4對Ag NPs的吸附動力學(xué)符

7、合準二級動力學(xué)，吸附等溫線符合Langmuir等溫模型，用不同量的PDDA修飾的PDDA-Fe3O4-0.1、PDDA-Fe3O4-0.5、PDDA-Fe3O4-1及PDDA-Fe3O4-2對Citrate-Ag NPs的最大吸附量分別為357.14、500.00、526.32及588.24 mg/g，均遠遠高于未經(jīng)修飾的Fe3O4的最大吸附量14.49 mg/g。由于具有較好的磁性，PDDA-Fe3O4在外加磁場的作用下可與水溶液實現(xiàn)