【摘 要】
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随着人类工业化进程的发展,水资源污染已成为威胁人类生存发展的重大阻碍。重金属污染是当今最严重的环境问题之一。镉是一种人体非必需元素,过量的镉会严重损害人体的肝脏、肾脏和骨骼,甚至会伴随着癌症的发生。在众多治理方法中,吸附法因其操作简便、可靠有效的特点被广泛应用于水中重金属的去除。腐殖酸是一种分布广泛的大分子有机质,其表面拥有丰富的官能团,可以与重金属离子发生络合反应,在吸附剂领域有着巨大的应用潜力
【基金项目】
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山东省自然科学基金:腐殖酸基石墨烯气凝胶对Pb、Cd重金属污染土壤的修复及机理研究（项目编号:ZR2019MD025）； 国家自然科学基金:多元素调控水热碳对重金属污染土壤修复及机理研究（项目编号:41771342）；
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随着人类工业化进程的发展,水资源污染已成为威胁人类生存发展的重大阻碍。重金属污染是当今最严重的环境问题之一。镉是一种人体非必需元素,过量的镉会严重损害人体的肝脏、肾脏和骨骼,甚至会伴随着癌症的发生。在众多治理方法中,吸附法因其操作简便、可靠有效的特点被广泛应用于水中重金属的去除。腐殖酸是一种分布广泛的大分子有机质,其表面拥有丰富的官能团,可以与重金属离子发生络合反应,在吸附剂领域有着巨大的应用潜力,近些年来被越来越多地应用于吸附剂材料。但腐殖酸也有其缺陷,比如在水中易分散。现阶段的解决方法是对腐殖酸进行改性以及制备腐殖酸复合材料,以提高材料的稳定性与吸附性能。我们以腐殖酸为吸附剂基础,制备了两种复合材料,并应用于水中镉离子的吸附,具体内容如下:1.以腐殖酸为基础,利用水浴加热法制备了磁性腐殖酸（m HA）材料,然后用m HA与羧甲基纤维素混合为复合凝胶,并将其滴加至壳聚糖溶液中,最后通过冷冻干燥法制备了CS-m HA/CMC复合凝胶吸附剂。采用红外光谱、SEM、XPS、BET对材料的形貌、结构性能进行了表征;测试了不同含量CMC与CS对吸附剂在水中稳定性的影响;分析了p H、温度、HA用量等因素对吸附的影响,此外CS-m HA/CMC对镉离子的吸附符合伪二阶动力学模型和Langmuir模型,CS-m HA/CMC的理论最大吸附量为490.2 mg/g,且吸附过程为吸热反应。最后材料在5次吸附-解吸循环后吸附量仅下降了13%,因而CS-m HA/CMC有良好的重复利用性。2.以尿素-氢氧化钠-水为溶解体系,首先制备了纤维素水凝胶并添加HA和交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺,并在制备过程中添加硝酸锌,再将复合凝胶浸泡于2-甲基咪唑水溶液中,制得ZIF-8@HA/CMC复合凝胶吸附剂。对材料进行红外光谱、SEM、XPS、XRD、Zeta电位测试、TGA表征;并将合成的ZIF-8@HA/CMC复合材料用于吸附Cd2+,探究了HA用量、p H、共存离子种类和浓度等因素对吸附过程的影响。吸附实验数据符合伪二阶动力学和Langmuir模型,因此ZIF-8@HA/CMC对镉离子的吸附过程为化学吸附和单分子层吸附,且最大理论吸附量可达105.15 mg/g;根据热力学方程可算得ΔH?＞0,ΔS?＞0,ΔG?＜0,吸附过程为一个自发吸热过程,升高温度有利于吸附反应的进行。最后分析了吸附机理,ZIF-8@HA/CMC对镉离子的吸附作用主要为材料中-COOH和-OH与Cd2+的络合以及ZIF-8中Zn2+与Cd2+的交换。
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