磁性凹凸棒土基铅离子印迹聚合物的制备及吸附特性
本课题以磁性凹土为载体材料、铅离子为模板、KH-560为交联剂、壳聚糖为功能单体，采用表面印迹技术制备了磁性凹凸棒土基铅离子印迹聚合物，目的是制备出易于分离，选择吸附性较强的吸附材料。采用粒径分析、红外光谱、X射线衍射、磁性分析这四种表征方法对磁性铅离子印迹聚合物进行表征，研究该材料的微观尺寸大小，表面形态以及元素组成，探究材料在水体中对铅离子的吸附性能在不同材料投加量、吸附温度、pH和吸附时间等水化条件对材料吸附性能的影响以及材料对水中污染物的吸附选择性。实验结论如下吸附材料的最佳投放量为2.5 g/L；此样品吸附水体中的铅离子是自发吸热的过程；吸附量随pH的增加而上升；当吸附剂投入水体后，4 h时趋于饱和，吸附过程更符合准二级方程和Langmuir模型；对此样品进行吸附选择性实验，发现制备的磁性铅离子印迹聚合物具有很强的选择吸附性。当投加2.5 g/L此样品，在30℃、pH=6，吸附4 h时吸附量最大为13.21 mg/g。关键词 凹凸棒土，磁性离子印迹聚合物，吸附，铅离子
目 录
1 绪论 1
1.1 铅离子污染现状及水体中铅离子的去除方法 1
1.2 铅离子吸附材料概述 4
1.3 凹土及其改性方法 4
1.4 离子印迹聚合物 6
1.5 课题研究内容及意义 8
2 磁性凹凸棒土基铅离子印迹聚合物的制备和表征 8
2.1 实验仪器与药品 9
2.2 磁性凹凸棒土基铅离子印迹聚合物的制备 10
2.3 磁性凹凸棒土基铅离子印迹聚合物的表征 11
2.4 结果与分析 12
3 磁性凹凸棒土基铅离子印迹聚合物的吸附性能 15
3.1 磁性凹凸棒土基铅离子印迹聚合物吸附量的测定 15
3.2 吸附材料最佳投加量的确定 16
3.3 吸附温度对吸附性能的影响 16
3.4 溶液pH对吸附性能的影响 16
3.5 吸附时间对吸附性能的影响 16
3.6 静态吸附平衡实验 16
3.7 共存离子对吸附性能的影响 17
3.8 结果与分析 17
结论 26
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
致谢 28
参考文献 29
1 绪论
随着我国经济技术的迅猛发展，采矿、炼油、机械、造纸等行业对重金属的需求量越来越多，这就造成含有高浓度重金属的工业废水被排放入江河湖海[1]，对环境中的水体造成严重破坏，同时对人类的健康造成直接或间接的致命危害。在工业废水中，对人体有害的重金属元素常见的有铅，锌，铬，汞等[2]。其中对含铅废水的处理一直被人们所重视，铅从采矿、运输、冶炼、加工等过程中都会有铅尘和铅烟产生，对大气造成严重污染，并有大量的含铅废水排入河流之中，进而危害人体健康[3]。
1.1 铅离子污染现状及水体中铅离子的去除方法
1.1.1 铅离子的污染现状
铅元素在自然界中分布很广。据有关数据显示[4]，全球有40%左右的铅用于蓄电池的制造，20%的铅以烷基铅形态用来制造防爆剂，12%作为各种建筑建造中所需的材料，6%用以电缆外防护层的制作，大约5%用于弹药的制造，还有17%用于其他各种用途。铅用途广泛，但是仅有25%的铅会被回收以及再利用，大部分使用过后的铅会以废气、废水、废渣等多种形式排放于环境中，从而造成大面积的大气、水体、土壤等环境铅污染，进而影响人体的神经系统、消化系统、造血系统以及生殖系统，对人体健康产生危害，其中对儿童身体健康危害最大[5]。根据相关医学研究表明[6]：当儿童的血铅水平≥100 μg/L时将会引起儿童智力发育缓慢，严重的会使儿童的智力下降；儿童的血铅含量与智商（IQ）有一定的相关性，当儿童体内的血铅含量每增加100 μg/L，IQ平均会下降1~3分；国际医学权威杂志《New England Journal of Medicine》多次发表相关文章，用大量研究数据表明在儿童发育早期因受到严重的铅中毒而导致损害脑功能以及智力下降是不可逆的[7]。
我国水体铅污染也比较普遍。早在1999年前后，陈亚雄等[8]就开始对沘江水体中的铅、锌、镉等重金属元素含量进行测定；丁枫华等[9]考察了丽水市地表水的铅污染情况，数据表明丽水市地表水体的铅污染状况逐年得到改善，近年来部分地区水体中的铅污染指标超标，四年过后所有水体均未超标；李淑等[10]测试了上海境内苏州河的铅污染指标，测试结果显示苏州河水从上游到下游铅含量呈现逐渐下降的趋势，河水中一半以上的铅以微粒的形态存附于水体表面悬浮颗粒物上；近期陈湘艺[11]考察了湖南湘江水域铅污染情况，经过测试分析发现，当水域处于丰水期时，水质中的铅含量均未超标，而湘江水域处于枯水期时，水质中的铅含量部分超标，猜测这可能是处于丰水期的水域水流量大、流速快、水更换周期短引起的，并推断湘江两岸所建造的大、小工矿企业将含铅废水排放到湘江从而引起湘江水域铅污染。梁开等[12]研究了我国南方沿海海域地表水的含铅量，结果显示南方沿海不同的海域地表水的含铅量相差很大，污染较重的水域有大亚湾与钦州湾水域，珠江三角洲较轻，大鹏湾最轻。其中珠江三角洲沿海海域铅污染最严重的水域在内伶仃岛以北。由此可以看出，我国现阶段地表水体的铅污染还是普遍存在的，而导致我国地表水体铅污染的主要原因是工矿企业对含铅废水的不合理排放。
1.1.2 水体中铅离子的去除方法
由于工矿企业对含铅废水的不合理排放，使得铅元素以离子的形式进入水体和土壤，再经过一系列的过程进入人体，进而影响人体的神经系统、消化系统、造血系统以及生殖系统，甚至是影响儿童智力的发育，因此去除水体中的铅离子显得越来越重要。目前常用的去除铅离子的方法有：化学沉淀法、离子交换法、液膜法、电解法以及吸附法[13]。
（1） 化学沉淀法
化学沉淀法[14]的原理是在含有重金属的水体中加入相关的化学沉淀剂进行反应，使溶解于水体中的重金属离子转变成不溶于水的沉淀物而去除。化学沉淀法常用于处理含铅、汞、六价铬等有毒重金属元素的废水，通过向废水中投加氢氧化物、碳酸盐等形成金属盐沉淀，从而达到去除水中重金属的目的。例如，向含六价铬的工业废水中投加钡盐可生成铬酸盐沉淀。由于沉淀法具有成本低，工艺简单，沉降速度较快，处理效果好等优点，所以成为目前使用最为普遍的一种方法。
（2） 离子交换法
离子交换树脂作为金属离子的良好吸附剂，从理论上讲，水体中的铅离子被离子交换树脂吸附，在树脂进行再生的同时可将铅离子进行浓缩，并通过添加一种或几种简单化学沉淀剂去除铅，最后直接回收纯净铅泥。离子交换树脂法作为去除水体中铅的常见处理方法，具有优良的无机离子去除能力，并且具有再生能力、处理能力强等优点，但由于成本高，一直没有被市场广泛应用。随着时代技术的飞跃进步，各种新型离子交换树脂甚至是经过优化的商业树脂层出不穷。
目 录
1 绪论 1
1.1 铅离子污染现状及水体中铅离子的去除方法 1
1.2 铅离子吸附材料概述 4
1.3 凹土及其改性方法 4
1.4 离子印迹聚合物 6
1.5 课题研究内容及意义 8
2 磁性凹凸棒土基铅离子印迹聚合物的制备和表征 8
2.1 实验仪器与药品 9
2.2 磁性凹凸棒土基铅离子印迹聚合物的制备 10
2.3 磁性凹凸棒土基铅离子印迹聚合物的表征 11
2.4 结果与分析 12
3 磁性凹凸棒土基铅离子印迹聚合物的吸附性能 15
3.1 磁性凹凸棒土基铅离子印迹聚合物吸附量的测定 15
3.2 吸附材料最佳投加量的确定 16
3.3 吸附温度对吸附性能的影响 16
3.4 溶液pH对吸附性能的影响 16
3.5 吸附时间对吸附性能的影响 16
3.6 静态吸附平衡实验 16
3.7 共存离子对吸附性能的影响 17
3.8 结果与分析 17
结论 26
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
致谢 28
参考文献 29
1 绪论
随着我国经济技术的迅猛发展，采矿、炼油、机械、造纸等行业对重金属的需求量越来越多，这就造成含有高浓度重金属的工业废水被排放入江河湖海[1]，对环境中的水体造成严重破坏，同时对人类的健康造成直接或间接的致命危害。在工业废水中，对人体有害的重金属元素常见的有铅，锌，铬，汞等[2]。其中对含铅废水的处理一直被人们所重视，铅从采矿、运输、冶炼、加工等过程中都会有铅尘和铅烟产生，对大气造成严重污染，并有大量的含铅废水排入河流之中，进而危害人体健康[3]。
1.1 铅离子污染现状及水体中铅离子的去除方法
1.1.1 铅离子的污染现状
铅元素在自然界中分布很广。据有关数据显示[4]，全球有40%左右的铅用于蓄电池的制造，20%的铅以烷基铅形态用来制造防爆剂，12%作为各种建筑建造中所需的材料，6%用以电缆外防护层的制作，大约5%用于弹药的制造，还有17%用于其他各种用途。铅用途广泛，但是仅有25%的铅会被回收以及再利用，大部分使用过后的铅会以废气、废水、废渣等多种形式排放于环境中，从而造成大面积的大气、水体、土壤等环境铅污染，进而影响人体的神经系统、消化系统、造血系统以及生殖系统，对人体健康产生危害，其中对儿童身体健康危害最大[5]。根据相关医学研究表明[6]：当儿童的血铅水平≥100 μg/L时将会引起儿童智力发育缓慢，严重的会使儿童的智力下降；儿童的血铅含量与智商（IQ）有一定的相关性，当儿童体内的血铅含量每增加100 μg/L，IQ平均会下降1~3分；国际医学权威杂志《New England Journal of Medicine》多次发表相关文章，用大量研究数据表明在儿童发育早期因受到严重的铅中毒而导致损害脑功能以及智力下降是不可逆的[7]。
我国水体铅污染也比较普遍。早在1999年前后，陈亚雄等[8]就开始对沘江水体中的铅、锌、镉等重金属元素含量进行测定；丁枫华等[9]考察了丽水市地表水的铅污染情况，数据表明丽水市地表水体的铅污染状况逐年得到改善，近年来部分地区水体中的铅污染指标超标，四年过后所有水体均未超标；李淑等[10]测试了上海境内苏州河的铅污染指标，测试结果显示苏州河水从上游到下游铅含量呈现逐渐下降的趋势，河水中一半以上的铅以微粒的形态存附于水体表面悬浮颗粒物上；近期陈湘艺[11]考察了湖南湘江水域铅污染情况，经过测试分析发现，当水域处于丰水期时，水质中的铅含量均未超标，而湘江水域处于枯水期时，水质中的铅含量部分超标，猜测这可能是处于丰水期的水域水流量大、流速快、水更换周期短引起的，并推断湘江两岸所建造的大、小工矿企业将含铅废水排放到湘江从而引起湘江水域铅污染。梁开等[12]研究了我国南方沿海海域地表水的含铅量，结果显示南方沿海不同的海域地表水的含铅量相差很大，污染较重的水域有大亚湾与钦州湾水域，珠江三角洲较轻，大鹏湾最轻。其中珠江三角洲沿海海域铅污染最严重的水域在内伶仃岛以北。由此可以看出，我国现阶段地表水体的铅污染还是普遍存在的，而导致我国地表水体铅污染的主要原因是工矿企业对含铅废水的不合理排放。
1.1.2 水体中铅离子的去除方法
由于工矿企业对含铅废水的不合理排放，使得铅元素以离子的形式进入水体和土壤，再经过一系列的过程进入人体，进而影响人体的神经系统、消化系统、造血系统以及生殖系统，甚至是影响儿童智力的发育，因此去除水体中的铅离子显得越来越重要。目前常用的去除铅离子的方法有：化学沉淀法、离子交换法、液膜法、电解法以及吸附法[13]。
（1） 化学沉淀法
化学沉淀法[14]的原理是在含有重金属的水体中加入相关的化学沉淀剂进行反应，使溶解于水体中的重金属离子转变成不溶于水的沉淀物而去除。化学沉淀法常用于处理含铅、汞、六价铬等有毒重金属元素的废水，通过向废水中投加氢氧化物、碳酸盐等形成金属盐沉淀，从而达到去除水中重金属的目的。例如，向含六价铬的工业废水中投加钡盐可生成铬酸盐沉淀。由于沉淀法具有成本低，工艺简单，沉降速度较快，处理效果好等优点，所以成为目前使用最为普遍的一种方法。
（2） 离子交换法
离子交换树脂作为金属离子的良好吸附剂，从理论上讲，水体中的铅离子被离子交换树脂吸附，在树脂进行再生的同时可将铅离子进行浓缩，并通过添加一种或几种简单化学沉淀剂去除铅，最后直接回收纯净铅泥。离子交换树脂法作为去除水体中铅的常见处理方法，具有优良的无机离子去除能力，并且具有再生能力、处理能力强等优点，但由于成本高，一直没有被市场广泛应用。随着时代技术的飞跃进步，各种新型离子交换树脂甚至是经过优化的商业树脂层出不穷。
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