溶液中金屬離子配體置換及其在金屬離子去除的機(jī)理研究.pdf

1、金屬元素廣泛存在于地球上，并在人類社會(huì)的很多領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。與固態(tài)金屬化合物相比，溶液中的水合金屬離子反應(yīng)活性更高、與其他化合物接觸的概率更大，相應(yīng)表現(xiàn)出了更為復(fù)雜的遷移轉(zhuǎn)化行為。與此同時(shí)，大規(guī)模的使用金屬礦物以及不恰當(dāng)?shù)暮筇幚矸绞綄?dǎo)致大量金屬化合物流入自然水體并造成了嚴(yán)重的生態(tài)威脅。因此，研究溶液中金屬離子的配位結(jié)構(gòu)及其處理方法具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。
　　本文應(yīng)用核磁共振、拉曼光譜、烏氏粘度法以及分子動(dòng)力學(xué)模擬法，研究

2、了不同金屬離子對(duì)近程/長程水團(tuán)簇結(jié)構(gòu)的影響作用，獲取金屬離子第一水合層的精確結(jié)構(gòu)信息。采用等溫滴定量熱儀、烏氏粘度法、XAS表征技術(shù)，獲得了四種金屬離子與2-甲基戊二酸分子結(jié)合的熱力學(xué)與結(jié)構(gòu)參數(shù)。以玉米淀粉、丙烯酸、改性沸石、過硫酸鉀、MBA為原料制備了能夠高效吸附溶液中金屬離子的復(fù)合材料。最后，聯(lián)合采用量子力學(xué)計(jì)算與EXAFS擬合分析，探討了復(fù)合材料吸附金屬離子的微觀機(jī)理。
　　在水溶液中，加入金屬離子能夠促進(jìn)離子周圍水分子的氫

3、鍵締合作用，但同時(shí)會(huì)導(dǎo)致溶液的長程有序結(jié)構(gòu)特征顯著下降，其影響作用的相對(duì)能力為：Cr3+＞Fe3+＞Cu2+＞Zn2+。溶液中Cr3+、Fe3+、Cu2+、Zn2+的第一配位層水分子數(shù)均為6，且離子與第一配位層氧原子的平均距離約為1.994-2.173。
　　相較水分子，2-甲基戊二酸分子與四種離子的親和力更強(qiáng)，因而能夠置換出離子周圍的水分子而發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)。對(duì)于穩(wěn)定的絡(luò)合物，Zn2+與Cu2+的配位原子數(shù)分別為7.2、4.6，但是

4、Zn2+第一配位層原子的無序度更高，相比之下，F(xiàn)e3+、Cr3+能夠與周圍的2-甲基戊二酸、水分子形成結(jié)構(gòu)相似的雙金屬絡(luò)合體系。
　　自制復(fù)合材料能夠高效吸附去除溶液中金屬離子，且對(duì)四種離子的吸附容量分別超過907.97mg/g（Fe3+）、651.42mg/g（Cr3+）、911.15mg/g（Cu2+）、589.45mg/g（Zn2+），其吸附機(jī)理在于水分子與羧基共同參與下的螯合配位作用。對(duì)高聚物中金屬離子配位結(jié)構(gòu)的成功解譯，