介孔硅表面離子印跡聚合物的制備及其選擇性分離重金屬離子的研究.pdf

1、介孔材料由于比表面積大、傳質(zhì)快、吸附容量高等特點(diǎn)，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于吸附領(lǐng)域，特別是硅基介孔材料，因其表面負(fù)載豐富的硅醇基，為進(jìn)一步功能化提供了便利。目前，基于介孔硅表面制備對(duì)目標(biāo)物具有靶向識(shí)別能力的表面印跡聚合物已成為當(dāng)下吸附領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。
　　近幾年，大量的重金屬污染物隨工業(yè)廢水已被排放到環(huán)境中，對(duì)人體和生物體構(gòu)成了嚴(yán)重威脅。開(kāi)發(fā)新型具有吸附容量大、選擇性強(qiáng)、再生性能優(yōu)良等特性的表面離子印跡聚合物，來(lái)去除水體中的重金屬污染物已

2、迫在眉睫。本課題分別以不同結(jié)構(gòu)的介孔硅作為基質(zhì)材料，選擇 Pb(II)、Cr(VI)、Cu(II)為模板離子，合成了三種新型表面離子印跡聚合物，并探討了其在重金屬離子選擇性分離中的應(yīng)用，其研究?jī)?nèi)容和實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果如下：
　　(1)分別以3-(γ-氨基乙氨基)-丙基-三甲氧基硅烷(AAPTS)和3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)作為功能單體，制備了兩種對(duì)鉛離子具有高效選擇性的介孔硅吸附劑Pb(II)-IMS-NN和 Pb(II)-I

3、MS-N。制備的吸附劑通過(guò)傅里葉轉(zhuǎn)換紅外光譜(FT-IR)、X射線光電能譜儀(XPS)、透射電子顯微鏡(TEM)、掃描電子顯微鏡(SEM)、熱重分析(TGA)、N2吸附-脫附實(shí)驗(yàn)等表征分析。數(shù)據(jù)表明 Pb(II)-IMS具有高度有序的介孔結(jié)構(gòu)和良好的熱穩(wěn)定性。在一系列的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)中，Pb(II)-IMS-NN比Pb(II)-IMS-N呈現(xiàn)更高的飽和吸附容量，并隨后將其應(yīng)用于一系列不同條件下的固定床吸附實(shí)驗(yàn)中。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，固定床

4、穿透時(shí)間隨著床高的增加而增加，但隨著流速和流入Pb(II)濃度的增加而降低，而且Thomas模型比Adams-Bohart模型更加適合描述動(dòng)態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。此外，Pb(II)-IMS-NN比Pb(II)-IMS-N對(duì)Pb(II)呈現(xiàn)更優(yōu)異的選擇性和更高的親和力。
　　(2)以γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(MPS)修飾的SBA-15作為基質(zhì)材料，利用甲基丙烯酸(MAA)和4-乙烯基吡啶(4-VP)雙功能單體協(xié)同作用的預(yù)聚合體系

5、，開(kāi)發(fā)了一種新型的Cr(VI)陰離子表面印跡聚合物(Cr(VI)-IIP)。一系列的表征(FT-IR、EDS、SEM、TEM、小角XRD、N2吸附-脫附分析、TGA)表明表面Cr(VI)印跡聚合物被成功制備以及在印跡聚合后材料仍保持了較規(guī)整的介孔結(jié)構(gòu)。靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)表明，Cr(VI)-IIP在溶液pH=2.0，溫度為25 oC的條件下呈現(xiàn)最佳的吸附性能，其飽和吸附容量為96.32 mg g-1。動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)分析表明，Cr(VI)-IIP

6、對(duì)Cr(VI)的吸附分別符合準(zhǔn)二階動(dòng)力學(xué)模型和Langmuir等溫吸附模型。在選擇性吸附實(shí)驗(yàn)中，Cr(VI)-IIP對(duì)Cr(VI)陰離子較其他競(jìng)爭(zhēng)離子(Cr(III)、Cu(II)、Cd(II)、Ni(II))呈現(xiàn)極強(qiáng)的選擇性識(shí)別能力。在固定床實(shí)驗(yàn)中，Cr(VI)-IIP對(duì)Cr(VI)陰離子呈現(xiàn)理想的動(dòng)態(tài)吸附性能以及高效的再生能力。
　　(3)以一種磁性介孔硅納米微球(γ-Fe2O3@meso-SiO2)作為基質(zhì)材料，采用于核殼型

7、納米顆粒表面引發(fā)RAFT聚合的方式，開(kāi)發(fā)了一種新型的表面Cu(II)印跡聚合物，RAFT-IIP。由于RAFT聚合活性、可控的特點(diǎn)，RAFT-IIP比通過(guò)傳統(tǒng)自由基聚合制備的離子印跡聚合物(TP-IIP)呈現(xiàn)更規(guī)則的形貌、更好的單分散性和更強(qiáng)的磁響應(yīng)性。而且，在靜態(tài)飽和吸附實(shí)驗(yàn)中，RAFT-IIP比TP-IIP呈現(xiàn)更高的吸附容量，分別為210.29 mg g-1和144.84 mg g-1。隨后，一系列的吸附實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)地研究了制備的RAF