新颖螯合树脂的合成及在重金属检测中的应用

论文摘要

重金属污染已成为影响人类以及其它生物生存的重大问题。因此对微量及痕量重金属元素的分析检测对于保护人民身体健康,增强人民体质有非常重要的意义。而要实现微量及痕量重金属检测的常规分析化就要预先对其进行分离富集。因此,寻求一种物美价廉,既不产生污染又能有效分离富集重金属离子的吸附剂,在分析检测、资源回收等方面有着重要的研究价值和广泛的应用前景。本文从十种配体中筛选合成了五种具有较强吸附功能的螯合树脂,利用元素分析、FTIR进行了结构表征;分别研究了其对几种重金属离子的螯合吸附性能和机理;采用模拟及应用试验为筛选出性能优良的螯合树脂在水体中重金属分离、富集和检测等方面的应用探索出一条新路。1、采用以氯甲基化聚苯乙烯为母体,与含氮、硫的杂环和直链化合物发生亲核反应来制备新的螯合树脂。从反应溶剂、反应温度、反应摩尔比和反应时间等方面确定了树脂的最佳合成条件。利用元素分析及FTIR对合成的树脂进行了结构表征。2、详细研究了五种树脂对Hg（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）重金属离子的静态吸附性能和动态吸附性能,并对其吸附机理进行了探讨。结果表明:（1）在T=298K,HAc-NaAc体系中,五种树脂对Hg（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）三种重金属离子有较强的吸附性能。在各自最佳pH值下,其静态饱和吸附量如下:3-AT-R树脂吸附Hg（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）分别为382.5、157.6、24.80 mg/g;TETA-R树脂吸附Hg（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）分别为332.6、189.1、137.4 mg/g;ADMP-R树脂吸附Hg（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Pb（在）分别为101.8、180.9、51.06 mg/g;TSC-R树脂吸附Hg（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）分别为619.5、227.3、152.3 mg/g;ATZL-R树脂吸附Hg（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）分别为263.7、154.6、28.61 mg/g。用浓度为0.5～3.0 mol/L的HCl或含0.1%硫脲的0.5mol/L HCl做解吸剂,一次解吸率可达100%。（2）在实验研究的浓度范围内,树脂对重金属离子的吸附可用Langmuir等温方程来描述;吸附动力学显示,五种树脂对三种重金属离子的交换动力学符合Boyd G.E.方程,即交换由液膜扩散控制。在一定浓度范围内,树脂吸附重金属离子对Na+、K+有较强的抗干扰能力。（3）动态吸附结果显示:TSC-R、TETA-R、3-AT-R树脂吸附Hg（Ⅱ）的动态吸附容量分别为587.1 mg/g、360.3 mg/g、374.8 mg/g;TSC-R、TETA-R、ADMP-R树脂吸附Cd（Ⅱ）的动态吸附容量分别为237.2 mg/g、215.3 mg/g、207.9 mg/g;TSC-R、TETA-R树脂吸附Pb（Ⅱ）的动态吸附容量分别为143.4 mg/g、139.0mg/g。用相应解吸剂的解吸效果都比较好,用含0.1%硫脲的0.5 mol/L HCl解吸TSC-R吸附Hg（Ⅱ）柱的解吸率为91.85%,其余均能完全解吸。且前25mL解吸液中吸附质的浓度较高,基本接近50%或其以上。因此可用作浓度较高溶液,或用于重金属的回收利用等。（4）初步探讨了树脂对重金属离子的吸附机理,研究认为树脂功能基上的氮或硫原子与重金属离子形成配位键引起的。3、研究了单一重金属离子和混合重金属离子的模拟及实际水样的吸附和解吸试验。结果表明:（1）单一离子试验表明,在海水条件下,其相应吸附量略有下降,这可能是海水中的其它成分对其吸附有一定影响的缘故。（2）分别研究了3-AT-R树脂吸附Hg（Ⅱ）,TETA-R树脂吸附Cd（Ⅱ）,TSC-R树脂吸附Pb（Ⅱ）的动态吸附曲线,其动态吸附容量分别为325.5 mg/g、197.8mg/g、156.0 mg/g。用相应解吸剂均能完全解吸。（3）混合重金属离子的模拟试验表明,在实验体系中,树脂对Cd（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）、Cu（Ⅱ）三种重金属离子的吸附能力不同,个别相差较大,这主要是由于竞争性吸附引起的。三种重金属的回收率都比较高,均在90%以上,因此可用于微量重金属离子的富集及回收利用。动力学试验表明,树脂对三种重金属离子的吸附速率较快,总体来说,五种树脂对Cu（Ⅱ）的吸附力较强,对Pb（Ⅱ）较弱。因此,可用于含Cu（Ⅱ）水体或海水的纯化及含Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）废水中对Cu（Ⅱ）的分离富集。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 综述
• 1.1 引言
• 1.2 螯合树脂的制备方法及研究进展
• 1.2.1 配位原子为氮的螯合树脂的研究进展
• 1.2.2 配位原子为硫的螯合树脂的研究进展
• 1.2.3 其它配位原子螯合树脂的研究进展
• 1.3 研究意义与研究目的
• 第2章 新颖螯合树脂的合成
• 2.1 含氮类螯合树脂的合成
• 2.1.1 实验部分
• 2.1.1.1 仪器装置
• 2.1.1.2 主要原料及试剂
• 2.1.1.3 树脂的合成
• 2.1.1.4 树脂的结构鉴定
• 2.1.2 结果与讨论
• 2.1.2.1 树脂的合成
• 2.1.2.2 红外光谱分析及树脂结构
• 2.2 含氮、硫类螯合树脂的合成
• 2.2.1 实验部分
• 2.2.1.1 仪器装置
• 2.2.1.2 主要试剂
• 2.2.1.3 树脂的合成
• 2.2.1.4 树脂的结构鉴定
• 2.2.2 结果与讨论
• 2.2.2.1 树脂的合成
• 2.2.2.2 红外光谱分析及树脂结构
• 2.3 本章总结
• 第3章 螯合树脂对重金属的吸附性能研究
• 3.1 静态吸附研究
• 3.1.1 实验部分
• 3.1.1.1 仪器装置
• 3.1.1.2 主要原料及试剂
• 3.1.1.3 实验方法
• 3.1.2 结果与讨论
• 3.1.2.1 介质pH对树脂吸附量的影响
• 3.1.2.2 树脂的吸附动力学
• 3.1.2.3 树脂的等温吸附
• 3.1.2.4 解吸试验
• 3.1.2.5 阳离子对树脂吸附的影响
• 3.1.2.6 吸附机理探讨
• 3.2 动态吸附研究
• 3.2.1 实验部分
• 3.2.1.1 仪器装置
• 3.2.1.2 主要原料及试剂
• 3.2.1.3 实验方法
• 3.2.2 结果与讨论
• 3.2.2.1 动态吸附试验
• 3.2.2.2 动态解吸试验
• 3.3 本章总结
• 第4章 模拟及应用试验
• 4.1 单一重金属离子试验
• 4.1.1 实验部分
• 4.1.1.1 仪器装置
• 4.1.1.2 主要原料及试剂
• 4.1.1.3 实验方法
• 4.1.2 结果与讨论
• 4.1.2.1 静态试验
• 4.1.2.2 动态吸附试验
• 4.1.2.3 动态解吸试验
• 4.2 混合重金属离子模拟试验
• 4.2.1 实验部分
• 4.2.1.1 仪器装置
• 4.2.1.2 主要原料及试剂
• 4.2.1.3 实验方法
• 4.2.2 结果与讨论
• 4.2.2.1 吸附及解吸试验
• 4.2.2.2 动力学试验
• 4.3 本章总结
• 第5章 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表论文
• 致谢