铅离子印迹聚合物的制备及其吸附性能研究(附件)
随着铅化合物在铅酸蓄电池、化学化工行业、铅管、铅合金等行业中广泛使用，并进入水体环境中，铅污染就成为了亟待解决的问题。本课题以铅离子为模板离子，以改性后的凹凸棒土为载体，以甲基丙烯酸为功能单体，以水杨醛为交联剂，以偶氮二异丁腈（AIBN）为引发剂，乙腈（ACN）为溶剂，采用离子印迹技术制备出铅离子印迹聚合物（ATP/IIPs）。同时，通过扫描电镜和傅里叶红外光谱对改性凹土，铅离子印迹聚合物进行表征。另外，考察了吸附剂投加量，初始pH，温度，时间及选择吸附性等方面的性能测定，实验表明投加量在5 g/L，溶液初始pH为6，温度约为45℃，吸附时间在150 min时吸附效果较好，吸附容量达到24.5 mg/g，对铅离子的去除率达81.6%。准一级动力学方程能较好的描述ATP/IIPs吸附铅离子的过程，且此反应过程为自发过程。本课题研究的铅离子印迹聚合物对水体中铅离子的去除率达到预期要求，铅离子印迹聚合物是一种有良好发展前景的铅吸附材料。关键词 离子印迹聚合物，铅离子，凹凸棒土，吸附性能
目 录
1 绪论 1
1.1 铅污染现状及其处理方法 1
1.2 铅污染吸附材料概述 3
1.3 离子印迹技术 5
1.4 课题研究内容及意义 7
2 铅离子印迹聚合物制备及表征 7
2.1 实验药品及仪器 8
2.2 铅离子印迹聚合物的制备 9
2.3 铅离子印迹聚合物的表征 10
2.4 结果与讨论 10
3 铅离子印迹聚合物吸附水体中铅离子的性能 12
3.1 实验药品及仪器 12
3.2 铅离子印迹聚合物最佳投加量的确定 14
3.3 溶液初始pH对吸附性能的影响 14
3.4 吸附时间对吸附性能的影响 14
3.5 溶液温度对吸附性能的影响 14
3.6 铅离子印迹聚合物选择吸附性的研究 15
3.7 结果与讨论 15
3.8 本章小结 23
结论 24
致谢 26
参考文献27
1 绪论 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
铅是重金属的一种，目前广泛应用于铅酸蓄电池和化学化工领域。但铅是一种“三致”污染物，对人体的危害是极大的，铅易沉积与骨骼上，一旦人们身体出现不适，引起血液酸碱平衡改变就容易出现内源性铅中毒，且对幼儿的伤害更大，婴幼儿较成人更为敏感，铅中毒的症状有胃疼，头痛，颤抖，神经性烦躁，严重时可致人死亡[1]。近年来，随着人们对铅的危害性的了解不断加深，环保意识不断加强，铅污染这一现象也引起了大家的广泛重视。因此，对铅污染的治理与防控也成为人们研究的重要课题。
1.1 铅污染现状及其处理方法
1.1.1 铅污染现状
铅（Pb）是人类最早认识的重金属之一，书上记载最多的是铅。铅目前应用于我们生活的方方面面，最主要应用领域是铅酸蓄电池，人们对铅及其衍生产品的广泛使用，主要原因是铅在世界范围的储量十分可观且其延展性、可塑性十分良好。一段时间内，许多化学成分可在环境中讲解为无害的最终化合物，然而铅不能再降解，排入环境很长时间后仍能保持其可用性[2]。用铅管输送饮用水有危险性这一观点早已被古人观察和记录下来了[3]。在非常低的浓度下，铅对人类健康的慢性影响表现为对大脑和神经系统的影响。在严重的情况下，它可能导致贫血、神经紊乱和肾脏损伤。科学家发现：在城市儿童的血液样本中，即使铅离子浓度在可接受范围内，仍会对儿童的智力水平和生长发育产生重要影响。研究表明，血液中的铅含量（血铅）超过3.86 μmol/L 时可出现明显铅中毒现象，医学上也将血铅的诊断值定在2.9 μmol/L[4]。铅的危险性如此之大，这就对我们的使用的前期防范和对后期的治理提出了较高的要求。国家也对环境中铅离子的含量做出了严格的指标要求，食品中铅含量要求小于等于0.5 mg/kg，婴幼儿接触用品铅含量小于0.2 mg/kg，其他类别都要小于1.03 mg/kg。
1.1.2 水体中铅离子的去除方法
现今，水体重金属的污染频发已广泛引起人们的关注，铅污染是其中重要的一个研究方向。目前常用的几种处理方法有：离子交换法、膜分离法、化学沉淀法、电解法和吸附法等[5]。
离子交换法
离子交换法是一种利用离子交换剂上的阴离子和水中的阴离子进行交换反应而除去水中金属离子的方法[6]。目前用此方法处理含铅废水上比较常用的是离子交换树脂。韩汝宁等[7]使用改性沸石做阳离子去除水中铅离子，原钠型沸石中钠离子与铅离子的转换率可达97.13%，而再生三次的沸石转换率可达86%以上。然而，离子交换树脂是昂贵的，容易被污染，并受到pH和接触时间的限制。虽然它们是可再生材料，但在再生过程中产生了大量的废液。处理难度加大且处理不当更会带来二次污染，同时也进一步增加了处理费用的要求。因此，在吸附脱附过程中有必要研究和选择低成本、高选择性、大交换容量和良好可逆性的离子交换树脂[8]。
膜分离法
膜分离技术是利用膜的选择透过性使两种或多种物质分离的过程，主要包括电渗析、反渗透、超滤。在低浓度含铅废水的处理中，通常采用液膜，通常由膜溶剂、表面活性剂和添加剂组成[9]。魏振舒[10]选择磷酸三丁酯(TBP)为萃取载体，Span 80和LI13B为乳化剂，当铅浓度为6.04×104 mol/L时，废水中铅的最佳处理浓度可降至6.14×106 mol/L，萃取率可达99%以上。膜分离法是一个高效分离过程，该方法具有能耗低，工作时温度保持在室温即可，仪器便于维护，设备简单，基本无限制的加工能力和设备规模，设备总面积小，与其他设备的兼容性好，不会产生二次污染等优点，但是膜需时常更换且并不经济，易受污染。
化学沉淀法
化学沉淀方法是将化学物质添加到废水中，废水中的污染物与添加的化学物质相互反应，形成沉淀，两者以某种物理方法分离。在处理含铅废水中常用氢氧化物沉淀法来使铅离子转化为沉淀物达到分离目的。除铅时常用：石灰、纯碱、磷酸盐、烧碱等药品沉淀铅离子。pH值为9.2~9.5时氢氧化物铅沉淀达到最佳效果，在此pH值范围内处理后的排水，铅含量为0.01 mg/L~0.03 mg/L，当pH值过高时，会出现反溶现象，氢氧化物沉淀形成效果急剧下降[11]。使用该方法处理污染物并不能完全处理干净，沉淀物的后续处理并没有发展出良好的解决方法，投加的药剂会对污水产生二次污染。
目 录
1 绪论 1
1.1 铅污染现状及其处理方法 1
1.2 铅污染吸附材料概述 3
1.3 离子印迹技术 5
1.4 课题研究内容及意义 7
2 铅离子印迹聚合物制备及表征 7
2.1 实验药品及仪器 8
2.2 铅离子印迹聚合物的制备 9
2.3 铅离子印迹聚合物的表征 10
2.4 结果与讨论 10
3 铅离子印迹聚合物吸附水体中铅离子的性能 12
3.1 实验药品及仪器 12
3.2 铅离子印迹聚合物最佳投加量的确定 14
3.3 溶液初始pH对吸附性能的影响 14
3.4 吸附时间对吸附性能的影响 14
3.5 溶液温度对吸附性能的影响 14
3.6 铅离子印迹聚合物选择吸附性的研究 15
3.7 结果与讨论 15
3.8 本章小结 23
结论 24
致谢 26
参考文献27
1 绪论 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
铅是重金属的一种，目前广泛应用于铅酸蓄电池和化学化工领域。但铅是一种“三致”污染物，对人体的危害是极大的，铅易沉积与骨骼上，一旦人们身体出现不适，引起血液酸碱平衡改变就容易出现内源性铅中毒，且对幼儿的伤害更大，婴幼儿较成人更为敏感，铅中毒的症状有胃疼，头痛，颤抖，神经性烦躁，严重时可致人死亡[1]。近年来，随着人们对铅的危害性的了解不断加深，环保意识不断加强，铅污染这一现象也引起了大家的广泛重视。因此，对铅污染的治理与防控也成为人们研究的重要课题。
1.1 铅污染现状及其处理方法
1.1.1 铅污染现状
铅（Pb）是人类最早认识的重金属之一，书上记载最多的是铅。铅目前应用于我们生活的方方面面，最主要应用领域是铅酸蓄电池，人们对铅及其衍生产品的广泛使用，主要原因是铅在世界范围的储量十分可观且其延展性、可塑性十分良好。一段时间内，许多化学成分可在环境中讲解为无害的最终化合物，然而铅不能再降解，排入环境很长时间后仍能保持其可用性[2]。用铅管输送饮用水有危险性这一观点早已被古人观察和记录下来了[3]。在非常低的浓度下，铅对人类健康的慢性影响表现为对大脑和神经系统的影响。在严重的情况下，它可能导致贫血、神经紊乱和肾脏损伤。科学家发现：在城市儿童的血液样本中，即使铅离子浓度在可接受范围内，仍会对儿童的智力水平和生长发育产生重要影响。研究表明，血液中的铅含量（血铅）超过3.86 μmol/L 时可出现明显铅中毒现象，医学上也将血铅的诊断值定在2.9 μmol/L[4]。铅的危险性如此之大，这就对我们的使用的前期防范和对后期的治理提出了较高的要求。国家也对环境中铅离子的含量做出了严格的指标要求，食品中铅含量要求小于等于0.5 mg/kg，婴幼儿接触用品铅含量小于0.2 mg/kg，其他类别都要小于1.03 mg/kg。
1.1.2 水体中铅离子的去除方法
现今，水体重金属的污染频发已广泛引起人们的关注，铅污染是其中重要的一个研究方向。目前常用的几种处理方法有：离子交换法、膜分离法、化学沉淀法、电解法和吸附法等[5]。
离子交换法
离子交换法是一种利用离子交换剂上的阴离子和水中的阴离子进行交换反应而除去水中金属离子的方法[6]。目前用此方法处理含铅废水上比较常用的是离子交换树脂。韩汝宁等[7]使用改性沸石做阳离子去除水中铅离子，原钠型沸石中钠离子与铅离子的转换率可达97.13%，而再生三次的沸石转换率可达86%以上。然而，离子交换树脂是昂贵的，容易被污染，并受到pH和接触时间的限制。虽然它们是可再生材料，但在再生过程中产生了大量的废液。处理难度加大且处理不当更会带来二次污染，同时也进一步增加了处理费用的要求。因此，在吸附脱附过程中有必要研究和选择低成本、高选择性、大交换容量和良好可逆性的离子交换树脂[8]。
膜分离法
膜分离技术是利用膜的选择透过性使两种或多种物质分离的过程，主要包括电渗析、反渗透、超滤。在低浓度含铅废水的处理中，通常采用液膜，通常由膜溶剂、表面活性剂和添加剂组成[9]。魏振舒[10]选择磷酸三丁酯(TBP)为萃取载体，Span 80和LI13B为乳化剂，当铅浓度为6.04×104 mol/L时，废水中铅的最佳处理浓度可降至6.14×106 mol/L，萃取率可达99%以上。膜分离法是一个高效分离过程，该方法具有能耗低，工作时温度保持在室温即可，仪器便于维护，设备简单，基本无限制的加工能力和设备规模，设备总面积小，与其他设备的兼容性好，不会产生二次污染等优点，但是膜需时常更换且并不经济，易受污染。
化学沉淀法
化学沉淀方法是将化学物质添加到废水中，废水中的污染物与添加的化学物质相互反应，形成沉淀，两者以某种物理方法分离。在处理含铅废水中常用氢氧化物沉淀法来使铅离子转化为沉淀物达到分离目的。除铅时常用：石灰、纯碱、磷酸盐、烧碱等药品沉淀铅离子。pH值为9.2~9.5时氢氧化物铅沉淀达到最佳效果，在此pH值范围内处理后的排水，铅含量为0.01 mg/L~0.03 mg/L，当pH值过高时，会出现反溶现象，氢氧化物沉淀形成效果急剧下降[11]。使用该方法处理污染物并不能完全处理干净，沉淀物的后续处理并没有发展出良好的解决方法，投加的药剂会对污水产生二次污染。
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