镍离子印迹壳聚糖的制备及性能研究

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离子印迹技术是一种选择性分离与提纯特定重金属离子的新途径。本文以镍离子为模板离子、壳聚糖为功能单体、空心玻璃微珠为无机载体、水为分散介质,引入离子印迹技术,通过滴加成球法在氢氧化钠凝固浴中成功制备了离子印迹材料。采用静态吸附法分别在Ni(Ⅱ)以及Fe(Ⅱ)等二元体系以及多元体系的水溶液中进行吸附能力和选择性吸附的研究。使用红外光谱(IR)分析印迹过程和吸附过程的官能团变化和空间构造;使用扫描电子显微镜(SEM)及配套的能谱仪(EDS)研究分析印迹材料的微观形貌和元素组成;使用X射线衍射仪(XRD)研究分析印迹材料晶体结构;使用紫外-可见光谱(UV-Vis)研究分析吸附前后溶液中金属离子的光学行为。通过以上测试表征方法对印迹材料的结构和性能进行研究分析,根据研究结果得出了以下结论:(1)镍离子印迹材料的最佳的制备方案为:氯化镍投放量2 g/L、烘干温度50℃。时间为1 h、凝固剂为w=5%的NaOH溶液、洗脱剂为w=2%的硫酸,交联剂戊二醛含量为5.0 ml/L。(2)吸附过程中镍离子印迹材料的最佳吸附条件为:35℃、pH=6;吸附率可达到98%,饱和吸附量可达到8.608 mg/g,重复使用次数为6次。在二元溶液中印迹材料的选择吸附能力:在Ni2+/Fe2+体系中,镍离子选择系数K达到了4434.65:在Ni2+/Co2+体系中,镍离子选择系数K达到了22274.90:在Ni2+/Cu2+体系中,镍离子选择系数达到了6210.99。在多元溶液(Ni2+、Cu2+、Co2+、Fe2+)中,印迹材料具备很好的选择吸附性能,效率可达100%。在化学镍废液、电镀镍废液模拟工业废水中,镍离子均被很好的吸附到了印迹材料中。(3)印迹材料为三维球状结构,聚合物分子式为[C7H5O5N2]n·SiO2,具备微弱结晶能力,晶粒大小为0.5506 nm,其分解反应为吸热反应,常温下热稳定性较好。在吸附过程中,功能单体中-NH2与镍离子产生螯合反应,形成的配位数为4的螯合物,符合动力学二级模型,属于化学吸附,符合等温吸附模型,为単分子层吸附。(4)从离子印迹聚合物的制备过程及表征可看出,模板离子与功能单体在溶液中经预组织排列形成复合物,这是一个动态平衡过程,受吉布斯自由能的变化控制,还受到立体空间结构的影响(即存在空间位阻),同时,参与螯合反应的官能团也保持住了相应的杂化模式,在Ni2+被洗脱之后依旧没有消失,在交联过程中得到了固定,便形成空穴的主要原因。
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