论文部分内容阅读
钯离子作为一种性能十分优越的贵重金属,当今社会对它的需求量越来越大,与此同时工业废水中的钯离子含量也越来越多。而含钯废水对环境与人类健康有着严重的危害,同时钯离子又具有很高的经济价值。因此,对钯离子的选择性吸附显得尤为重要。本文设计并制备了两种钯离子印迹材料,用于水体中钯的选择性去除。具体内容如下:1、提出利用密度泛函理论(DFT)计算设计钯离子印迹吸附剂。通过对Pd(II)/ATU比值不同的a-Pd-IIP、b-Pd-IIP和c-Pd-IIP三种吸附构型的优化,利用DFT计算得到了的三种材料的吸附能分别是–13.978 eV(b-Pd-IIP)、–8.764eV(a-Pd-IIP)和–3.587 eV(c-Pd-IIP)。利用位点能的公式的推导得到了吸附能与吸附容量的关系,并且通过等温吸附实验验证了吸附能与吸附能力的相关系数高达0.985。此外,吸附能绝对值最大的b-Pd-IIP材料通过等温吸附实验得到理论最大吸附容量(89.89 mg g-1)远大于其他报道过的钯离子印迹材料。通过紫外可见光分光实验可以得到Pd(II)与功能单体的最佳配比为2:3,这与DFT计算的吸附能的结果完全符合。最后进行了三种离子印迹材料吸附前后的XPS分析,得出这三种吸附材料的吸附位点都在功能单体的S元素上,这一结果与DFT优化吸附构型时的结果完全一致,验证了DFT优化吸附构型的准确性。根据紫外可见分光分光实验与材料的XPS分析的结果,可以说明DFT优化吸附构型设计钯离子印迹材料方法的合理性与可行性。2、研究了这三种离子印迹材料的吸附性能。分析pH对DFT设计合成的钯离子印迹材料的影响,得到这三种印迹材料吸附的最适pH都是3。通过研究三种印迹材料的的动力学实验,发现这三种材料都更加符合准二级吸附模型,这表明该吸附过程为化学吸附,这一结果也与D-R模型分析得到结论相一致。而且还通过BET数据结合动力学的Weber and Morris模型分析得出性能最佳的材料就是吸附能最大的b-Pd-IIP。材料的吸附选择性实验可以得到三种材料都具备很好的选择性。此外,通过循环再生实验可以看出这三种材料都具备着一定的实际应用价值尤其是b-Pd-IIP。对这三种材料一系列的吸附性能研究分析,得到了与DFT计算所预测的结论相同,即三种钯离子印迹材料中最佳的材料为b-Pd-IIP材料。最后分析了三种材料的结合位点能量分布曲线,通过引入平均位点能,以及计算平均位点能的期望值等,建立了温度与b-Pd-IIP材料吸附容量的数学模型,并且研究它们之间的关系。通过计算得出的相关参数可以分析得到温度与吸附材料最大吸附容量的线性相关系数高达0.983。3、探究温敏型钯离子印迹的合成因素,合成出最佳配比的材料并研究其吸附性能。首先对材料溶胀率的测量和吸附实验验证了温敏型钯离子印迹材料合成的可行性。然后再探究了对温敏型钯离子印迹凝胶吸附容量影响,得到这一结论。此外,通过合成不同比列的温敏型材料探究了功能单体、温敏型功能单体以及交联剂对材料性能的研究。得到以下结论:(1)功能单体的加入量越大吸附性能越好。(2)温敏型功能单体并不会显著影响材料的吸附容量但是会显著的影响到温敏性能。(3)当交联剂MBA:EDGMA为7:3时,材料综合性能最佳。通过以上一系列的探究性实验得到了温敏型钯离子印迹凝胶最佳配比为:ATU(0.15 mmol),NIPAAm(10 mmol),Na2PdCl4(0.1 mmol),MBA(0.7 mmol),EDGMA(0.3 mmol),AIBN(0.1644 mmol)以及乙醇6 mL和2mL纯水,此外,还通过溶胀率实验得到了最佳材料的最低临界溶解温度(LCST)为35℃。在合成出性能最佳的材料后,通过分析材料的pH实验得到了材料的最适pH为3。最后再通过三个温度的等温吸附实验验证了材料确实具有温敏性能和印迹效果,而且材料更加符合Langmuir模型,得到温敏型离子印迹凝胶的理论吸附容量为92.081 mg g-1,对比其他钯离子印迹材料,具有十分优越的吸附性能。