羧基化碳纳米管表面离子印迹材料的制备及其应用研究

来源 :北京化工大学 | 被引量 : 3次 | 上传用户:lipengzhangchinese
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随现代工业的快速发展,各种金属离子不断被排放到自然环境中。人体中铁离子的含量与健康状况息息相关,过多或过少的摄入都将影响人体健康。铷作为一种稀有金属,在高科技领域应用十分广泛,但从水体中高效的提取铷仍是一个技术难点。离子印迹聚合物是一种具有特异识别性、高选择性的聚合物,离子印迹材料在金属离子的分离提取方面有着广泛应用。本文以碳纳米管为载体,利用表面离子印迹技术制备了碳纳米管表面亚铁离子印迹材料(Fe2+-IIPs)和碳纳米管表面铷离子印迹材料(Rb+-IIPs),用于从水体中吸附亚铁离子和铷离子。  以碳纳米管为载体,壳聚糖和聚丙烯酸分别为聚阳离子电解质和聚阴离子电解质,Fe2+为模板离子,戊二醛作为交联剂,使用层层自组装的方法制备了碳纳米管表面亚铁离子印迹材料。利用傅里叶红外光谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)、投射电子显微镜(TEM)和热重分析(TGA)等分析测试手段对碳纳米管表面亚铁离子印迹材料进行表征,结果表明印迹材料制备后载体碳纳米管管径增粗,Fe2+-IIPs的重量损失达到30.8%,表明碳纳米管表面离子印迹聚合物被成功制备。在Fe2+-IIPs制备过程中,对聚电解质的组装层数、交联剂用量及交联时间等进行了优化。在pH为5时,对Fe2+的最大吸附量达到39.4mg·g-1,通过对其动力学的研究发现,碳纳米管表面亚铁离子印迹材料对亚铁离子的吸附行为更加符合拟二级动力学模型,其吸附过程主要由化学吸附决定。Fe2+-IIPs对Fe(Ⅱ)/Zn(Ⅱ),Fe(Ⅱ)/Ni(Ⅱ),Fe(Ⅱ)/Co(Ⅱ),Fe(Ⅱ)/Cu(Ⅱ)的选择性系数分别为16.88,22.911,4.683和1.135。经过10次的重复利用后,Fe2+-IIPs依然能够保持较好的吸附性能,表明该材料具有良好的重复利用性能。  利用碳纳米管作为载体,以接枝法制备的碳纳米管-聚丙烯酸/杯[6]芳烃(SWNTs-PAA/CA)为功能单体,Rb+为模板离子,制备了Rb+-IIPs。对杯[6]芳烃接枝温度、交联剂含量、交联时间等制备条件进行了优化。利用FT-IR、SEM和TGA等分析检测手段对铷离子印迹材料进行了表征,结果验证了碳纳米管表面铷离子印迹材料的成功制备。在pH为9.7,初始铷离子浓度为10mg·L-1时,Rb+-IIPs对Rb+的吸附量为6.68mg·g-1,且吸附平衡时间仅需要10min,具有较快的吸附动力学,Rb+-IIPs对Rb+的吸附过程符合拟二级动力学模型,其吸附过程主要由化学吸附决定。Rb+-IIPs的吸附等温线研究结果表明其对Rb+的吸附过程符合Langrmuir方程,其吸附过程属于单分子层吸附。Rb+-IIPs对Rb(Ⅰ)/Na(Ⅰ),Rb(Ⅰ)/Li(Ⅰ),Rb(Ⅰ)/Mg(Ⅱ)的选择性系数分别为2.661,1.533和2.908。经过10次的再生-重复使用后,依然能够保持较好的吸附性能。
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