牡蛎壳基印迹材料的制备、表征及除镉性能研究

来源 :福建农林大学 | 被引量 : 1次 | 上传用户:zhouqiangjian
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镉为人体非必需元素,体内积累过量会造成软骨症和自发性骨折等疾病。矿山开采和金属冶炼等生产活动产生含镉废水,危害环境和人体健康。镉污染曾经引发过日本历史上的“痛痛病”,近年来我国在湖南和广西等fc也相继报道过镉污染事件。另外,规模化牡蛎养殖带来的牡蛎壳无组织堆弃也造成了一定程度的环境污染。本课题基于废弃牡蛎壳的资源化,进行含镉废水治理。研究以牡蛎壳(OS)为基质材料,采用表面离子印迹技术(SIT),制备牡蛎壳基镉离子印迹材料(Cd2+-IIPs@OS),并表征其结构和组成,优化其制备和应用条件,探讨其对废水中镉离子的去除性能及去除机理。印迹材料的制备条件优化实验结果表明:铝酸酯偶联剂(ACA)、γ-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)、功能单体羧甲基壳聚糖(CMC)、交联剂戊二醛(GLA)、模板剂(CdCl2)用量以及交联反应时间、温度等对材料的制备均有影响。对于10 g的牡蛎壳粉,最佳制备条件为ACA用量2 mL,APTES用量8 mL,CMC取分子量<200 mPa.s的低粘度型,交联剂GLA用量6 mL,CdCl2用量0.5 g,交联时间为4 h,交联温度为80℃。印迹材料的表征结果显示:材料具有良好的热稳定性,600℃内基本没有质量的损失;材料表面粗糙,具有多孔结构,其比表面积为7.17 m2/g,孔容为0.02 cm3/g,平均孔径为4.50 nm,与载体相比有较多的微孔结构;表面具有-NH2、-COOH、-OH等多种官能团。印迹材料的应用条件优化实验结果表明:反应时间、材料投加量、溶液pH值、温度和初始Cd2+浓度这几个影响因素中,溶液pH值对材料的镉离子吸附性能影响最大,反应时间和Cd2+初始浓度对印迹材料的吸附性能也有较大的影响。溶液pH值为5时吸附性能最好;随着Cd2+初始浓度和反应时间的增加,印迹材料的吸附量增加后趋于平稳。另外,重复利用实验表明,材料重复利用性好,经过6次再生-重复性能无明显降低,印迹材料对Cd2+的吸附量没有大幅度的降低。印迹材料对废水中Cd2+的吸附动力学研究表明,印迹材料对废水中的Cd2+的吸附更符合准二级动力学规律。等温吸附研究表明,当反应体系处在较低的15℃时,吸附过程更符合Freundlich等温模型;当反应体系处在25℃和30℃状态下时,则更符合Langmuir等温学吸附模型。印迹材料的选择识别机理研究结果表明:材料无论是在二元竞争体系中,还是在复杂的多元竞争体系中,都能保持较高的Cd2+选择吸附性能。多元竞争混合体系中,材料对Cd2+、Pb2+、Zn2+、Ni2+、Cr6+、Fe3+的选择因子分别为1.319、1.214、0.040、0.085、0.032、0.058,即材料对以上多种金属离子共存溶液中的Cd2+有较强的吸附选择性。
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