新型材料对水中纳米微粒和多种重金属的吸附及应用研究

【摘要】生物吸附材料、炭质吸附材料和磁性吸附材料等新型材料已被成功应用于环境水体中多种污染物吸附去除的研究中。重金属污染对人类的身体健康和生态系统造成了严重的威胁,是世界关注的热点之一。随着纳米技术的不断发展,由纳米微粒引发的对生态环境及生物健康的负面影响也逐渐受到了大家的重视。本文研究了巯基功能化的蛋壳膜(TESM)对水中多种重金属Cr(VI)、Hg(II)、Cu(II)、Pb(II)、Cd(II)和Ag(Ⅰ)的吸附性能,多壁碳纳米管(MWCNTs)对水中纳米微粒的吸附及聚(二甲基二烯丙基氯化铵)(PDDA)修饰的四氧化三铁纳米粒子(PDDA-Fe3O4)对银纳米微粒(AgNPs)的吸附性能。1.实验基于蛋壳膜(ESM)上的二硫键与巯基乙酸铵之间的氧化还原反应合成了TESM。本研究对这种新型生物吸附材料进行了表征并将其应用于环境水体中多种重金属离子Cr(VI)、Hg(II)、Cu(II)、Pb(II)、Cd(II)和Ag(Ⅰ)的去除。结果表明,TESM对以上六种重金属离子具有较好的结合能力,吸附动力学均符合准二级动力学方程,吸附等温线符合Langmuir等温模型,最大吸附量可分别达到113.64、138.89、46.73、32.47、23.70和129.87mg/g,与未经修饰的ESM相比,分别增加了1.6、5.5、7.7、12.4、12.7和21.1倍。本研究还通过拉曼光谱和XPS对吸附机理进行了讨论,TESM不仅可以吸附去除重金属离子,还可以将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),实现Cr(Ⅵ)的解毒。实验中还考察了水环境的pH、共存物质和不同水体基质对吸附的影响,并将其作为柱填料成功应用于实际工业废水中重金属离子的去除。该生物吸附材料吸附性能高、成本低、环境友好,在水处理方面有一定的应用潜力。2.本研究将炭质吸附材料MWCNTs应用于环境水体中金属纳米微粒如Citrate-AgNPs、PVP-AgNPs、Citrate-AuNPs和PVP-AuNPs的吸附。实验中探讨了MWCNTs的直径对纳米微粒吸附性能的影响,并对比了MWCNTs及表面羧基化MWCNTs对纳米微粒吸附性能的差异,结果表明MWCNTs的直径越大吸附效果越好,表面羧基化不利于MWCNTs对带负电荷的纳米微粒的吸附。我们还探讨了纳米微粒的配体及环境因素如溶液的pH、离子强度、腐殖酸浓度对吸附体系的影响。在对吸附动力学和等温线的考察中发现,MWCNTs对以上四种纳米微粒的吸附动力学均符合准二级动力学方程,吸附等温线符合Langmuir等温模型,最大吸附量可分别达到476.19、64.10、666.67和99.01mg/g,可以有效的吸附水中的纳米微粒。3.本实验使用廉价、绿色的聚阳离子电解质PDDA,通过共沉淀法,温和、简便、快速地合成了PDDA-Fe3O4,并将其用于水体中AgNPs的吸附研究。实验中对PDDA-Fe3O4进行了TEM、FT-IR、XRD、饱和磁化强度、zeta电位的表征测定,并研究了pH、腐殖酸和AgNPs配体对吸附体系的影响。结果表明,PDDA-Fe3O4对AgNPs的吸附动力学符合准二级动力学,吸附等温线符合Langmuir等温模型,用不同量的PDDA修饰的PDDA-Fe3O4-0.1、PDDA-Fe3O4-0.5、PDDA-Fe3O4-1及PDDA-Fe3O4-2对Citrate-AgNPs的最大吸附量分别为357.14、500.00、526.32及588.24mg/g,均远远高于未经修饰的Fe304的最大吸附量14.49mg/g。由于具有较好的磁性,PDDA-Fe3O4在外加磁场的作用下可与水溶液实现快速分离,因此,可以作为一种廉价、绿色、高效的吸附材料用于水溶液中AgNPs的吸附。
【作者】王厦；
【导师】黄玉明；
【作者基本信息】西南大学，分析化学，2014，硕士
【关键词】TESM；重金属；MWCNTs；纳米微粒；PDDA-Fe3O4；吸附；

【参考文献】
[1]翁勇平.关于“天吊渔民”上岸问题研究[D].华中师范大学,农村与区域发展,2012,硕士.
[2]王彩霞,乔颖,鲁宗相.考虑风电效益的风火互济系统旋转备用确定方式[J].电力系统自动化,2012,04:16-21.
[3]俞忠原,施小成.智能式I-PD定深控制器的微机实现[J].自动化学报,1989,01:60-63.
[4]张璠.十字花科植物的DNA条形码研究[D].山东师范大学,植物学,2013,硕士.
[5]彭程.自修复交联聚磷腈的制备与研究[D].中南民族大学,高分子物理与化学,2013,硕士.
[6]黄洪钟,姚新胜,周仲荣.满意度原理研究与应用的现状与展望[J].控制与决策,2003,06:641-645+650.
[7]刘洋.儿童科学大概念教学探索[D].渤海大学,小学教育（专业学位）,2014,硕士.
[8]安娜.浅析托斯蒂艺术歌曲演唱[D].西安音乐学院,声乐演唱,2014,硕士.
[9]樊荣.SOX7和SOX17基因启动子异常甲基化在骨髓增生异常综合征中的预后价值研究[D].复旦大学,内科学,2012,硕士.
[10]邓栩.基于保密网的监狱视频监控系统设计与实现[D].湖南大学,软件工程,2012,硕士.
[11]许建潮,王颖楠,胥桂仙.Web文本信息抽取与挖掘方法[J].长春工业大学学报(自然科学版),2002,S1:49-53.
[12]张迦南.综合运输通道客运供给结构规划理论[D].北京交通大学,2012.
[13]王桃英.《汉语教科书》《基础汉语课本》和《新实用汉语课本》的教材趣味性比较研究[D].南昌大学,汉语国际教育（专业学位）,2014,硕士.
[14]陈晓蔚,居晓红.基于浙商视角的浙江与越南投资环境比较分析[J].经营与管理,2013,12:110-113.
[15]谷春会.复发性流产186例危险因素分析[D].吉林大学,临床医学,2014,硕士.
[16]甄卫军,王文涛,李进.聚乳酸/氧化石墨烯纳米复合材料的结构与性能[J].高分子材料科学与工程,2015,04:152-157.
[17]董文.含石墨烯纳米纤维在神经组织工程中的应用研究[D].东华大学,2014.
[18]赵玲媛.论《人树》叙事手法的创新[D].安徽大学,英语语言文学,2013,硕士.
[19]邓毅.成都东部工业基地产业发展对策[D].西南财经大学,工商管理,2004,硕士.
[20]乔小改.Survivin基因rs9904341和rs1042489位点多态性与子痫前期的相关性研究[D].郑州大学,妇产科学,2013,硕士.
[21]丁瑶玫.四连杆曲柄飞剪设计研究[D].燕山大学,机械工程,2014,硕士.
[22]张燕.初中英语完形填空常见错误研究[D].华中师范大学,学科教学,2013,硕士.
[23]邵小斌.500kV变电站电压无功综合控制研究[D].华南理工大学,电气工程,2012,硕士.
[24]张习.我国普通高校高水平运动员就业现状调查与对策研究[D].湖北大学,体育教育训练学,2012,硕士.
[25]陈元元.房地产项目成本管理的应用研究[D].浙江工业大学,2013.
[26]李凯.基于SSH框架的电工电子网络虚拟实验室教学信息管理Web平台设计与研究[D].浙江大学,控制理论与控制工程,2013,硕士.
[27]姚欣.国内高校典型建筑系馆现状及改扩建调研[D].西安建筑科技大学,建筑与土木工程（专业学位）,2013,硕士.
[28]吕晨.成都传统场镇廊空间研究[D].西南交通大学,建筑历史及理论,2012,硕士.
[29]夏世德.利用电子废弃物中多组分共混高分子材料制备改性沥青的技术工艺与设备研究[D].昆明理工大学,冶金物理化学,2014,博士.
[30]田鑫.对外汉语教学中的成语教学研究[D].吉林大学,汉语国际教育,2013,硕士.
[31]高瑜.植入模式、受众感知匹配性与广告植入效果的关系研究[D].浙江工商大学,企业管理,2013,硕士.
[32]车育龙.鄂尔多斯盆地延长组沉积沉降与输导体系对油气藏形成的影响[D].西北大学,石油与天然气工程（专业学位）,2014,硕士.
[33]于洋.基于语料库的3-6岁儿童绘本翻译语言研究[D].吉林大学,语言学及应用语言学,2014,硕士.
[34]陈超.铁路通用货车重车重心合理限制高度的研究[D].北京交通大学,2011.
[35]江福民.挖掘机器人的无线遥控通信技术研究[D].浙江大学,2002.
[36]何健卓.血必净对严重脓毒症血流动力学影响及内皮功能相关性研究[D].广州中医药大学,中西医结合临床（专业学位）,2014,博士.
[37]宋洪磊.基于WAMS信息的大区域互联电网主动解列控制策略研究[D].北京交通大学,电气工程,2014,博士.
[38]韩冬.银保通业务系统的分析与设计[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[39]于方明.新型植物生长调节剂不同配方与浓度对玉米光合特性及氮代谢的影响研究[D].湖南农业大学,植物营养学,2004,硕士.
[40]安孟长,彭芳,徐曼,张楠楠,余潇茜,董正强,赫明鲲.2013世界军民两用技术与产品发展特点回顾[J].军民两用技术与产品,2014,Z1:8-11.
[41]李军.以患者为中心的医疗服务质量评价体系研究[D].中国人民解放军医学院,社会医学与卫生事业管理,2013,硕士.
[42]王赏.肠疡安汤治疗克罗恩病脾肾阳虚证的临床疗效观察[D].湖南中医药大学,中医内科学,2014,硕士.
[43]田书亚.聚丙烯薄膜抗静电改性研究及应用[D].浙江理工大学,轻工技术与工程（专业学位）,2014,硕士.
[44]从凤艳.建构主义理论支持的英语CAI网络教学模型的分析与实现[D].天津大学,计算机应用技术,2004,硕士.
[45]陈之栩,谢开,张晶,杨争林,刘军,汪鸿.电网安全节能发电日前调度优化模型及算法[J].电力系统自动化,2009,01:10-13+98.
[46]程梦婷.石墨烯材料在有机污染物固相微萃取及质谱分析中的应用[D].中国科学技术大学,2014.
[47]方开星.木薯SuSy1和SuSy4基因克隆及SuSy1启动子核心区间的确定[D].海南大学,种质资源学,2014,硕士.
[48]李绪领.项针治疗脑卒中所致假性延髓麻痹的临床研究[D].黑龙江中医药大学,针灸推拿学,2004,硕士.
[49]乔寓然.基于拓扑排序和弹性信用的片上网络死锁恢复技术研究[D].国防科学技术大学,计算机科学与技术,2012,硕士.
[50]刘伟.固体云爆剂的配方优化及性能研究[D].南京理工大学,安全技术及工程,2013,硕士.