鎘離子印跡硅膠材料的制備、表征、性能及應(yīng)用.pdf

1、鎘是一種有毒重金屬，可以在植物體、動(dòng)物體、人體內(nèi)大量積累，危害動(dòng)植物和人類(lèi)的健康，已被列入水中優(yōu)先監(jiān)測(cè)污染物。印跡技術(shù)是當(dāng)前制備高選擇性材料的主要方法之一，它是將模板分子或離子（印跡分子或離子）與聚合物單體形成的多重作用點(diǎn)，通過(guò)聚合過(guò)程被記憶下來(lái)，當(dāng)模板分子或離子以適當(dāng)?shù)姆绞匠ズ?，聚合物中就形成了與模板分子或離子空間構(gòu)型相匹配的具有多重作用位點(diǎn)的空穴，這樣的空穴將對(duì)模板分子或離子及其類(lèi)似物具有選擇識(shí)別特性。近年來(lái)，鎘離子印跡聚合物的研

2、究已成為熱點(diǎn)之一。
　　第一章主要介紹了環(huán)境中重金屬鎘污染的來(lái)源、危害、特點(diǎn)等;綜述了分子印跡技術(shù)和離子印跡技術(shù)的由來(lái)、原理、特點(diǎn)以及分子印跡聚合物和離子印跡聚合物的分類(lèi)、制備方法、應(yīng)用;介紹了近年來(lái)Cd2+離子印跡聚合物的研究進(jìn)展以及本文的研究目的和創(chuàng)新之處。
　　第二章利用表面印跡技術(shù)，首次采用水熱輔助加熱法以及常規(guī)加熱法，先將硫氰基丙基三甲氧基硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷、巰丙基三甲基硅烷耦合接枝到硅膠表面，然后

3、以Cd(Ⅱ)離子為模板離子，以環(huán)氧氯丙烷為交聯(lián)劑，通過(guò)配位鍵作用，實(shí)施了離子印跡聚合，制備了硫氰基功能化鎘離子印跡硅膠材料、胺基功能化鎘離子印跡硅膠材料和巰基功能化鎘離子印跡硅膠材料。并利用IR、SEM、TGA-DTA、N2吸附等手段對(duì)功能化鎘離子印跡硅膠材料進(jìn)行了表征。研究表明，硫氰基丙基三甲氧基硅烷、二乙烯三胺基丙基三甲氧基硅烷、巰丙基三甲基硅烷已經(jīng)接枝到硅膠表面，通過(guò)交聯(lián)劑作用，在硅膠表面形成了粗糙，凹凸不平的Cd2+離子印跡空穴

4、，BET研究表明鎘離子印跡硅膠材料的BET略大于相應(yīng)的功能化非印跡硅膠材料。
　　第三章采用靜態(tài)平衡吸附法考察了水熱輔助加熱和常規(guī)加熱制備的硫氰基功能化鎘離子印跡硅膠材料、胺基功能化鎘離子印跡硅膠材料和巰基功能化鎘離子印跡硅膠材料的吸附容量、吸附速率、選擇性、溶液pH值對(duì)吸附容量的影響、解吸以及重復(fù)使用性能。研究表明，水熱輔助制備的離子印跡硅膠材料的飽和吸附容量明顯大于常規(guī)加熱制備的離子印跡硅膠材料的飽和吸附容量;水熱輔助加熱和常

5、規(guī)加熱制備的硫氰基功能化鎘離子印跡硅膠材料、胺基功能化鎘離子印跡硅膠材料和巰基功能化鎘離子印跡硅膠材料的吸附速率快，20 min即可達(dá)到吸附平衡;當(dāng)pH值在4-8范圍內(nèi)，水熱輔助加熱和常規(guī)加熱制備的3種功能化鎘離子印跡硅膠材料保持了較好的吸附容量;水熱輔助加熱和常規(guī)加熱制備的3種功能化鎘離子印跡硅膠材料對(duì)Cd(Ⅱ)離子都具有較強(qiáng)的選擇性識(shí)別能力;3種功能化鎘離子印跡硅膠材料重復(fù)使用性能穩(wěn)定。
　　第四章研究了水熱輔助加熱制備的硫氰

6、基功能化鎘離子印跡硅膠材料、胺基功能化鎘離子印跡硅膠材料和巰基功能化鎘離子印跡硅膠材料對(duì)溶液中Cd2+的吸附模型、吸附熱力學(xué)和吸附動(dòng)力學(xué)。結(jié)果表明，與Freundlich等溫吸附模型相比，水熱輔助加熱制備的3種功能化鎘離子印跡硅膠材料對(duì)Cd2+離子的吸附模型都更符合Langmuir等溫吸附模型，線(xiàn)性相關(guān)系數(shù)r2＞0.99，Langmuir等溫吸附模型的理論飽和吸附容量與實(shí)驗(yàn)值都相差不大;水熱輔助加熱制備的硫氰基功能化鎘離子印跡硅膠材料、

7、胺基功能化鎘離子印跡硅膠材料和巰基功能化鎘離子印跡硅膠材料對(duì)Cd2+離子的吸附過(guò)程的ΔGo均為負(fù)值，ΔH0均為正值，ΔS0也均為正值，說(shuō)明3種功能化鎘離子印跡硅膠材料對(duì)Cd2+離子吸附的過(guò)程是自發(fā)過(guò)程，吸附過(guò)程是吸熱的，升高溫度有助于吸附的進(jìn)行;吸附過(guò)程為熵增過(guò)程，混亂度是增加的;水熱輔助加熱制備的3種功能化鎘離子印跡硅膠材料的準(zhǔn)一級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合效果差，相關(guān)系數(shù)小，且吸附容量的預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差很大。3種功能化鎘離子印跡硅膠材料均

8、為準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程擬合最佳，相關(guān)系數(shù)均在0.99以上，模型預(yù)測(cè)的平衡吸附量和實(shí)驗(yàn)結(jié)果也比較接近。表明整個(gè)吸附過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)反應(yīng)控制的化學(xué)吸附過(guò)程。
　　第五章將水熱輔助加熱制備的硫氰基功能化鎘離子印跡硅膠材料、胺基功能化鎘離子印跡硅膠材料和巰基功能化鎘離子印跡硅膠材料初步應(yīng)用于溶液中Cd2+離子的去除。結(jié)果表明，在合成的多元金屬混合廢水中水熱輔助加熱制備的3種功能化鎘離子印跡硅膠材料均能夠選擇性的去除溶液中的Cd2+離子;水