新型有机多孔材料的制备及其在重金属离子吸附中的应用

来源 :南京信息工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gao_zhenguo
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近年来重金属污染事件频发,严重威胁着人类和动植物的生存安全。重金属污染与防治己经成为人们迫切关注的环境领域。目前,治理重金属的方法主要有:电化学法、沉淀法、离子交换法、膜分离技术和吸附法。其中,吸附法所需设备简单、操作容易,是去除重金属的一种最为行之有效的方法。研究与开发经济、高效的吸附材料已成为科学研究的一大热点。有机多孔聚合物材料以其制备方法简单、成本低廉、有较大的吸附能力等特点,受到了研究者们的广泛关注。基于以上背景,本文主要展开了以下研究:(一)设计了一种基于三聚氰胺的有机多孔聚合物POF-2,并使用量化软件Guassian09对其分子结构和重金属离子吸附模型进行了密度泛函计算和优化。将模型简化为单分子吸附模型,计算出POF-2的比表面积为1360 m2g-1。计算了 POF-2对Ag+、Cu+、Cd2+、Hg2+、Ni2+和Zn2+的吸附过程中的焓变和吉布斯自由能。结果表明:(?)G<0,说明POF-2对上述重金属离子的吸附是一个自发、稳定的过程。根据(?)G的数值大小,可以推测:POF-2对金属离子吸附的选择性顺序为Ni2+>Hg2+>Zn2+>Cd2+>Cu+>Ag+。将POF-2应用到去除污水中的重金属离子,其理论去除率高达99.99%。.(二)以三聚氰胺为原料,分别与双酚A、双酚AF和4,4-二溴联苯反应合成了一系列有机多孔聚合物POF-1、POF-2和POF-3。通过对材料使用元素分析、红外、X射线衍射和扫描电镜等进行表征,确定了 POF-1、POF-2和POF-3这三种材料的结构和形貌。(三)利用全自动孔径分析仪测试了 POF-1、POF-2和POF-3材料的N2吸附脱附等温线。POF-1、POF-2和POF-3的比表面积分别为:18.29m2g-1、47.38 m2g-1、5.04 m2g-1;孔容分别为:0.033 cm3g-1 0.25 cm3g-1、0.016 cm3g-1 平均孔径分别为:8.39 nm、9.08 nm、5.04 nm。在 pH = 4 和 pH = 7 下分别测定了 POF-1、POE-2和POF-3材料对金属离子的吸附性能。结果表明:在PH=7时,POFs材料对金属离子的吸附性能明显高于其在pH = 4时的吸附性能。POFs材料对金属离子的吸附是具有选择性的。在pH = 4时,POF-1对Ni2+的吸附性能最好,其去除率可达到78.6%。POF-2对Cu2+的吸附能力最高,在一定条件下高达2089.29 mgg-1。POF-3对Pb2+的吸附性能较好,达到了 7.59 mgg-1,去除率达55.9%。pH = 7时,POF-1、POF-2和POF-3材料对金属离子的吸附性能的测试结果表明:POFs材料对Ni2+、Zn2+和Cu2+具有良好的吸附性能。POF-1、POF-2和 POF-3 对 Ag+、Ni2+、Zn2+的吸附性能为:Ni2+>Zn2+>Ag+。POF-1、POF-2和POF-3对Ag+、C1u2+、Ni2+和Zn2+的去除率R均达到了99%以上。
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