【摘 要】
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铬(Ⅵ)是一种重点防控的重金属污染物,对生态环境安全和人民群众健康存在着极大的威胁。吸附法作为一种适应性强、技术成本低廉、处理简便的分离技术,在水体净化和重金属分离领域发挥了重要的作用,但传统吸附材料数量有限,且在一定程度上存在着效果单一、再生性差、负载能力弱和选择性不足等问题,对铬(Ⅵ)污染物的治理难以取得积极成效。功能性高分子材料是一类性能优异的吸附剂,其经过设计合成和不同方法处理后,可以克服
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铬(Ⅵ)是一种重点防控的重金属污染物,对生态环境安全和人民群众健康存在着极大的威胁。吸附法作为一种适应性强、技术成本低廉、处理简便的分离技术,在水体净化和重金属分离领域发挥了重要的作用,但传统吸附材料数量有限,且在一定程度上存在着效果单一、再生性差、负载能力弱和选择性不足等问题,对铬(Ⅵ)污染物的治理难以取得积极成效。功能性高分子材料是一类性能优异的吸附剂,其经过设计合成和不同方法处理后,可以克服传统吸附材料的缺陷,获得较好的结构稳定性和吸附能力。β-二酮类配体作为一类优异的金属离子螯合型萃取剂,其结构中蕴含的多种功能性配位基团和多个结合位点,几乎能与所有金属离子螯合,形成稳定的配合物,在金属离子的分离、去除等方面表现出广阔的应用前景。基于上述原因,本文以六价铬为目标离子,设计合成了一种β-二酮类功能单体,结合聚合物材料的制备方法和离子表面印迹技术,制备了两类功能型吸附分离材料,并利用多种表征方法和性能测试手段,分析了材料的结构特征及其对铬(Ⅵ)离子的吸附能力,具体研究结果如下:(1)β-二酮类功能单体的合成及表征:以1,3-二苯基丙二酮为原料,与烯丙基溴反应,得到了一种β-二酮类功能配体(2-烯丙基-1,3-二苯基丙二酮,ADPD),并取得良好的收率,采用~1HNMR及13CNMR谱等分别对其结构进行了鉴定。(2)功能性凝胶聚合物的制备及性能研究:以合成的β-二酮类配体(ADPD)为功能单体,三氯甲烷为致孔溶剂,采用本体聚合法,制备了系列功能型凝胶聚合物(GP)。系统优化了凝胶聚合物的制备过程,考察了其对铬(Ⅵ)离子的吸附行为,并利用FT-IR、TEM、TGA和BET等方法对其进行了表征分析。结果表明,选用2.0 mmol ADPD单体、0.80 m L交联剂和20.00 mg热引发剂,在温度为60℃下交联聚合2 h,可获得性能较好的凝胶聚合物;其可以快速分离铬(Ⅵ)离子,吸附2 h后,可负载约86%的铬(Ⅵ)离子,且循环吸/脱附6次后,仍能保持90%以上的负载量,最大负载量为79.58 mg/g;凝胶聚合物对铬(Ⅵ)离子的吸附行为符合准二级动力学过程和Langmuir吸附模型,属于化学机制控制的单分子层吸附行为。(3)铬(Ⅵ)离子印迹复合膜的制备及性能研究:以铬(Ⅵ)离子为印迹目标,尼龙膜为载体基质,以自主设计合成的β-二酮类化合物(ADPD)为功能单体,结合表面印迹技术,通过印迹条件的优化,制备了系列铬(Ⅵ)离子印迹复合膜(Cr(Ⅵ)-IICMs)及相应非印迹复合膜(NICMs)。对较优实验条件下制备的Cr(Ⅵ)-IICM及相应的NICM,利用ATR-FTIR、FE-SEM、BET等表征手段分析了其结构形貌特征。同时,探究了吸附过程各因素对Cr(Ⅵ)-IICM吸附性能及印迹效果的影响,并考察了其可重复使用性及对铬(Ⅵ)离子的渗透选择性。研究结果显示:较优条件下制备的Cr(Ⅵ)-IICM,对铬(Ⅵ)离子具有较好的负载能力及印迹效果,其印迹因子约2.7,最大负载量达30.35 mg/g;负载过程为放热反应,遵循准一级动力学过程及Langmuir吸附行为。循环吸/脱附测试及渗透选择性实验结果表明:较优条件下制备的Cr(Ⅵ)-IICM,对铬(Ⅵ)离子的渗透选择能力远远高于“竞争离子”,渗透过程符合Piletsky的“门”模型,经过五次重复使用后,对铬(Ⅵ)离子的负载量仍达初始吸附容量的85%,表现出良好的稳定性及渗透选择性。
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