新型吸附功能材料的制备及其在饮用水净化、检测中的应用
由于具有多种优良的性质,铬(Cr)广泛应用于冶金、化工等行业。随着使用量的逐年增加,越来越多的铬盐通过各种途径进入河流、湖泊、地下水等水体。由于Cr(Ⅵ)具有很强的生物毒性和富集效应,即使较低浓度也会对人体构成巨大危害,因此有必要对饮用水中痕量甚至超痕量的Cr(Ⅵ)进行检测。目前常用的比色法不适宜大批量的检测样品,大型仪器分析法灵敏度较高,但只能测定总铬浓度而不能准确测定Cr(Ⅵ)的含量,因此需要在样品前处理中对Cr(Ⅵ)进行分离、富集。螯合材料是一种具有吸附容量大、选择性好、性质稳定、可重复利用等优点的吸附功能材料,可以应用于水样中Cr(Ⅵ)的分离富集。
本文在综述了螯合吸附功能材料及其对金属离子吸附性能研究进展的基础上,合成了几种新型吸附功能材料,利用元素分析确定了最佳合成条件,并利用FT-IR、TGA等对其结构进行了表征;研究了三种树脂对Cr(Ⅵ)的吸附性能;筛选了吸附性能最好的树脂用于饮用水中Cr(Ⅵ)的去除及分离富集和快速、准确测定。
主要研究内容如下:
1.分别以氯甲基化聚苯乙烯微球及改性聚四氟乙烯纤维为母体,引入含N配体,制备了7种新型螯合树脂和1种螯合纤维。分别研究了不同合成方法、反应溶剂、反应温度、反应摩尔比对功能基转化率的影响,确定了最佳的合成条件。利用FT-IR、TGA对功能材料的结构进行了表征。
2.研究了五种树脂对金属离子的静态、动态吸附性能。静态研究表明,有三种树脂对Cr(Ⅵ)有较强的吸附选择性;在298 K和各自最佳的pH条件下,AAR、IPAR.、MPLR对Cr(Ⅵ)的最大吸附容量分别为97 mg/g、134 mg/g、176 mg/g,且均可以实现完全洗脱,最佳解吸剂分别为1.0 mol/L、0.5 mol/L、0.5 mol/L的NaOH溶液。三种树脂的再生性能良好,5次吸附.解吸实验结果表明:树脂的吸附量减少不超过首次吸附量的5％。吸附动力学研究表明:三种吸附树脂对Cr(Ⅵ)的吸附行为均符合二阶动力学模型,吸附中的主要控速步骤是化学吸附;等温吸附研究表明:三种树脂对Cr(Ⅵ)的吸附均符合Langmuir等温线模型,说明都是单分子层吸附。吸附热力学实验表明:IPAR、MPLR树脂对Cr(Ⅵ)的吸附主要是物理吸附,而AAR对Cr(Ⅵ)的吸附除了物理吸附还伴随着化学作用。动态研究表明:AAR、IPAR、MPLR对Cr(Ⅵ)的动态饱和吸附容量分别为105.8 mg/g、141.7mg/g、183.2 mg/g,动态吸附过程符合Thomas动态吸附模型;动态解吸性能良好。
3.研究了MPLR树脂在饮用水净化、检测中的应用:制备了Cr(Ⅵ)净化柱,并探讨了不同流速下Cr(Ⅵ)的泄露曲线。结果表明,在适当的流速下,净化柱可以有效实现饮用水中Cr(Ⅵ)的去除;利用MPLR树脂制备了Cr(Ⅵ)的预分离富集柱,研究了进样流速、洗脱流速对回收率的影响,建立了预富集-ICP-AES法测定饮用水中Cr(Ⅵ)含量的方法,确定了仪器与方法参数。实验结果表明,通过该法可以实现饮用水样品中痕量Cr(Ⅵ)的快速、准确测定。
吸附功能材料;螯合树脂;改性聚四氟乙烯纤维;吸附性能;饮用水净化;铬痕量检测
浙江工商大学
硕士
食品科学
熊春华
2011
中文
TQ424.3;TU991.2
90
2012-07-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）