功能化介孔吸附材料的制备及其对重金属离子的吸附性能研究

【摘要】：本文是基于重金属离子对环境造成的污染及其对人类产生的巨大危害为前提下进行的实验探究,以目前主要存在的大型分析仪器在对重金属离子分析检测中遇到的前处理问题和近年来研究学者将功能化的有序介孔材料作为新型吸附材料对重金属离子进行分离富集的研究讨论为切入点,通过在有序介孔材料MCM-41的基础上接入新的功能基团进行改性以获得具有特定吸附性能的功能化吸附材料,并结合大型分析仪器(电感耦合等离子体-原子发射光谱仪,ICP-AES)对吸附材料对于重金属离子的吸附性能进行考察,以建立新的功能化介孔吸附材料辅助ICP-AES用于重金属离子分离检测方法,对于环境中重金属离子的去除以及联合大型分析仪器建立快速准确的检测方法具有重要意义。本文的主要研究内容如下:(1)制备了三种新型的功能化介孔硅吸附材料并用于重金属离子(Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅲ))的吸附性能分析。通过参考相关文献,分析设计并合成了三种含氮基团的双齿功能配体(4-(二(1-氢吡唑))甲基苯酚(DPP)、4,7-二羟基-1,10菲啰啉(DHP)、2(2-吡啶)甲醇(DPM)),通过3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷(TEPIC,硅烷偶联剂)的作用下接枝在有序介孔材料MCM-41表面得到三种功能化的介孔硅吸附材料(DPP@MCM-41、DHP@MCM-41、DPM@MCM-41),通过一系列的表征分析(FI-TR、SEM、TEM、XRD、EDS、BET)证明功能单体的成功负载并保持了原有介孔材料MCM-41的形貌特征,且对重金属离子(Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅲ))的吸附结果表明:合成的三种功能化介孔吸附材料DPP@MCM-41、DHP@MCM-41、DPM@MCM-41在pH=6的条件下,对Cu(Ⅱ)离子的最大吸附量分别为62.8 mg/g、72.5 mg/g、76.8 mg/g;在pH=6的条件下,对Pb(Ⅱ)离子的最大吸附量分别为153.3 mg/g、116.2 mg/g、190.9 mg/g;在pH=5的条件下,对Cr(Ⅲ)离子的最大吸附量分别为73.6mg/g、28.8mg/g、108.3 mg/g。改性后的介孔吸附材料相比原MCM-41介孔材料对重金属离子(Cu(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cr(Ⅲ))的吸附容量均有所提升。(2)结合表面印迹技术以Cr(Ⅲ)离子作为模板离子,2(2-吡啶)甲醇(DPM)作为功能单体,3-异氰酸酯基丙基三乙氧基硅烷(TEPIC)作为硅烷偶联剂,制备了铬(Ⅲ)印迹介孔吸附材料(Cr(Ⅲ)-ⅡPs)和非印迹介孔吸附材料NIP,并用于对Cr(Ⅲ)离子的选择性吸附实验探究。吸附实验结果表明:在25℃,pH=5的条件,铬(Ⅲ)印迹介孔吸附材料(Cr(Ⅲ)-ⅡPs)对Cr(Ⅲ)离子为151.2mg/g,约为非印迹介孔吸附材料(NIP)的1.4倍,且在此条件下制备的功能化吸附材料对溶液中的Cr(Ⅵ)离子吸附效果不明显,可用于对Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)离子的选择性分离。(3)对实验制备的铬(Ⅲ)印迹介孔吸附材料(Cr(Ⅲ)-ⅡPs)对溶液中Cr(Ⅲ)离子的吸附动力学进行考察,发现印迹材料对Cr(Ⅲ)离子的吸附符合准二级动力学模型(R~2=0.9806),吸附过程主要为化学吸附;其等温吸附模型更符合Langmuir吸附等温模型(R~2=0.9929),说明合成的铬(Ⅲ)印迹介孔吸附材料(Cr(Ⅲ)-ⅡPs)对Cr(Ⅲ)离子的吸附以单分子层吸附为主,Langmuir方程计算得到其理论饱和吸附量Q_(max)值为163.9mg/g,与实际吸附量151.2mg/g相一致,表明合成的双吡啶功能化铬(Ⅲ)印迹介孔吸附材料与传统材料相比具有更快的吸附动力学性能与较高的吸附容量。(4)将本文所建立的方法应用于实际金属样品浸提液的检测中,结合方法验证程序,本文的方法检出限为0.0270ug/mL,定量限为0.0361ug/mL,实际金属样品浸提液的加标实验表明对Cr(Ⅲ)的回收率在96.8%～104.6%之间,相对标准偏差(RSD)在0.3%～1.1%之间;Cr(Ⅵ)回收率在99%～101%之间,相对标准偏差(RSD)在0.2%～1.1%之间。说明该方法的准确度良好,可用于对实际样品的分析。

【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X703;O647.33