磁性铅离子印迹聚合物的制备及吸附性能研究(附件)
经济的快速发展，使得产生的重金属过量问题成为对环境影响最严重的问题之一。作为一种有毒重金属元素，铅污染对人体、植物等造成了严重的危害。因此，如何去除废水中的铅离子目前亟待解决的问题，本文以铅离子为模板离子，以四氧化三铁/凹凸棒土磁性复合材料ATP/Fe3O4为载体材料，以甲基丙烯酸为功能单体，以水杨醛为交联剂，以偶氮二异丁腈为引发剂，采用离子印迹技术制备出识别性能强、易于分离的磁性铅离子表面印迹聚合物(ATP/Fe3O4/MIIPs)。通过傅立叶变换红外光谱和X-射线衍射仪对磁性铅离子印迹聚合物进行表征，并考察磁性铅离子印迹聚合物对水中铅离子在投加量、初始浓度、pH、吸附时间和温度等不同条件下吸附性能影响及聚合物对水中共存离子吸附的选择性。吸附实验结果表明，在最佳吸附pH 5.0下，可在4 h达到吸附平衡，最大吸附容量为33.8 mg/g；当铅离子浓度为100 mg/L，同一浓度的Cu2+与之共存时，印迹聚合物对Pb2+仍有较高的选择性，相对选择性系数为2.94。印迹聚合物重复利用5次后，吸附量的损失约为13%。因此，制备的印迹聚合物对铅离子有较高的吸附容量及较好的选择识别性。关键词 离子印迹聚合物，凹凸棒土，铅离子，吸附性能
目 录
1 绪论 1
1.1 铅离子污染现状及处理方法 1
1.2 铅离子吸附材料概述 3
1.3 凹土及其改性方法 3
1.4 磁分离技术 5
1.5 离子印迹聚合物 5
1.6 课题研究内容及意义 6
2 磁性铅离子印迹聚合物的制备及表征 7
2.1 实验药品与仪器 7
2.2 磁性铅离子印迹聚合物的制备 8
2.3 磁性铅离子印迹聚合物的表征 9
2.4 结果与讨论 9
3 磁性铅离子印迹聚合物的吸附性能测定 12
3.1 实验药品与仪器 13
3.2 溶液配置 13
3.3 吸附剂投加量的确定 14
3.4 溶液初始pH对吸附性能的影响 15
3.5 吸附时间对吸附性能的影响 15
3.6 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
吸附温度对吸附性能的影响 15
3.7 选择性吸附性能研究 15
3.8 脱附实验 16
3.9 结果与讨论 16
结论 25
致谢 27
参考文献 28
1 绪论
随着经济快速发展，重金属污染造成的危害愈渐严重。不管从铅的开采来源还是进行再加工都会产生含铅尘埃和含铅废水，进而对大气和河流都造成极其严重的影响，随着空气和食物等方式危害人体健康。比如用于制造电池材料的铅占据了全球近半，生活中的保险丝和颜料等也都含有铅。铅污染对人体健康存在多系统、全身性的伤害，会引起儿童智力发育落后和体格发育障碍、人体贫血症和肾损伤，同时对人体会产生癌症、畸变或病突变的的影响。陕西凤翔、湖南武冈的儿童血铅超标事件[1]，就是典型的铅污染危害现象。
1.1 铅污染现状及其处理方法
1.1.1 铅污染现状
铅（Pb）属于众多重金属元素之一，属第六周期IVA族，易被氧化。铅在我们的生活环境中以各种形式存在或产生，无论是开采加工还是使用，与之相关的产业高达百余种，如建筑行业使用的油漆涂料、食品包装带上常见的防腐剂以及美容方面的口红等都有铅的存在。全球每年平均的铅排放量大约在500万吨左右，铅及其化合物性质稳定,是一种不可降解的环境污染物，一般通过废水、废气、废渣的形式对环境造成污染，同样对于一切生命体的健康都有着严重危害[2]，例如人体的神经、消化、造血系统等都会产生一定的影响[3]，尤其对儿童伤害最为明显。据医学研究表明：当儿童的血中铅含量≥100 μg/L时，就会导致儿童发育迟缓、智力下降。铅不仅严重危害人类的健康，对土壤及作物也有危害，排放到环境中的铅其中大部分都进入了土壤，土壤中的铅含量过高就会影响作物的生长，甚至影响作物的产量与质量。我国省（市）城郊、污水灌溉区等经济发达地区中就有320个重点污染区[4]，其中土壤受重金属污染或受污染面积严重的占了80%以上，其中铅是最严重的污染之一。铅的危险性如此之大，这就使得对使用的前期防范和对后期的治理提出了较高的要求。
1.1.2 水体中铅的处理方法
重金属污染现象已越来越严重，因其发生的频率过高及对人体的危害程度之严重，引起人们的广泛关注，常见的重金属元素有铅，锌，铬，汞等[5]。针对其中的铅污染，除了要在工厂这一源头进行控制，还要对已被污染的水体进行处理。现今常用的处理方法包括以下5种：化学沉淀法、植物修复法、电解法、离子交换法和吸附法[6]等。
（1） 化学沉淀法
化学沉淀法[7]通常是向废水中加入化学药剂，使其与水中呈现溶解态的重金属离子发生化学反应，生成沉淀物被分离出来的过程。化学沉淀法处理含铅离子废水，最常用的是用氢氧化物沉淀法将铅离子转化为沉淀从而达到分离的目的。此方法具有投资和处理成本低，操作简单等优点，广泛应用于含铅废水的治理等方面。但这种方法存在不足之处，水无法回用，可能存在二次污染，占地面积大但处理量小、选择识别性差[8]等缺点。
（2） 植物修复法
植物修复法是利用绿色植物的自我修复能力对重金属污染进行吸收转化，以此达到净化污染物的目的。这种的方法的最大优点就是对环境无二次污染[9]。 因此植物修复技术成为了净化水体、清洗重金属污染物的一种新型绿色无害的技术。此技术对铅污染有特定的去除效率，即当水体中的铅离子浓度≤1 mg/L时，使用绿萝对铅离子的去除率为41%[10]。虽然植物修复法处理后无二次污染、绿色无害，不过这种方法的处理容量不大。
（3） 电解法
在电场的作用下将电能转化为化学能的过程，重金属如铅、汞等离子在两极产生氧化还原反应，重金属离子被富集处理的方法称为电解法[11]。电解法中常见的都是阴极先析出阳离子，然后是考虑优先析出电位愈正的离子。但由于H2析出时具备较高的过电位，同时因为过电位与阴极电极材料和电流密度密切相关，因此铅离子在阴极被优先析出[12]。
电解法又称清洁处理法，因为占地面积不大、污泥产量不多且管理方便，所以一般情况下无须添加其他复杂的化学药品。虽然电解法有以上占地少、易管理等优点，但是存在一些不足，较为明显的就是阴极电流效率低，致使沉降速度慢，处理效率不高，造成这种现象主要原因是铅离子电解时，容易产生过量的氢气。
（4） 离子交换法
离子交换树脂、沸石都是目前处理含铅废水常见的离子交换剂。离子交换树脂中含有的活性基团可以吸附铅离子并进行浓缩，处理后树脂还可自身进行再生，这样不仅铅污染得以清除，还可回收再利用。离子交换法是一种电镀废水治理方法，具有树脂可再生能力，去除效率高，可回收利用等特点，但因树脂的成本价格过高且易受污染，一直难以被广泛使用。新型离子交换树脂也正随时代创新发展日益增多，效果显著。
（5） 吸附法
目 录
1 绪论 1
1.1 铅离子污染现状及处理方法 1
1.2 铅离子吸附材料概述 3
1.3 凹土及其改性方法 3
1.4 磁分离技术 5
1.5 离子印迹聚合物 5
1.6 课题研究内容及意义 6
2 磁性铅离子印迹聚合物的制备及表征 7
2.1 实验药品与仪器 7
2.2 磁性铅离子印迹聚合物的制备 8
2.3 磁性铅离子印迹聚合物的表征 9
2.4 结果与讨论 9
3 磁性铅离子印迹聚合物的吸附性能测定 12
3.1 实验药品与仪器 13
3.2 溶液配置 13
3.3 吸附剂投加量的确定 14
3.4 溶液初始pH对吸附性能的影响 15
3.5 吸附时间对吸附性能的影响 15
3.6 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072*
吸附温度对吸附性能的影响 15
3.7 选择性吸附性能研究 15
3.8 脱附实验 16
3.9 结果与讨论 16
结论 25
致谢 27
参考文献 28
1 绪论
随着经济快速发展，重金属污染造成的危害愈渐严重。不管从铅的开采来源还是进行再加工都会产生含铅尘埃和含铅废水，进而对大气和河流都造成极其严重的影响，随着空气和食物等方式危害人体健康。比如用于制造电池材料的铅占据了全球近半，生活中的保险丝和颜料等也都含有铅。铅污染对人体健康存在多系统、全身性的伤害，会引起儿童智力发育落后和体格发育障碍、人体贫血症和肾损伤，同时对人体会产生癌症、畸变或病突变的的影响。陕西凤翔、湖南武冈的儿童血铅超标事件[1]，就是典型的铅污染危害现象。
1.1 铅污染现状及其处理方法
1.1.1 铅污染现状
铅（Pb）属于众多重金属元素之一，属第六周期IVA族，易被氧化。铅在我们的生活环境中以各种形式存在或产生，无论是开采加工还是使用，与之相关的产业高达百余种，如建筑行业使用的油漆涂料、食品包装带上常见的防腐剂以及美容方面的口红等都有铅的存在。全球每年平均的铅排放量大约在500万吨左右，铅及其化合物性质稳定,是一种不可降解的环境污染物，一般通过废水、废气、废渣的形式对环境造成污染，同样对于一切生命体的健康都有着严重危害[2]，例如人体的神经、消化、造血系统等都会产生一定的影响[3]，尤其对儿童伤害最为明显。据医学研究表明：当儿童的血中铅含量≥100 μg/L时，就会导致儿童发育迟缓、智力下降。铅不仅严重危害人类的健康，对土壤及作物也有危害，排放到环境中的铅其中大部分都进入了土壤，土壤中的铅含量过高就会影响作物的生长，甚至影响作物的产量与质量。我国省（市）城郊、污水灌溉区等经济发达地区中就有320个重点污染区[4]，其中土壤受重金属污染或受污染面积严重的占了80%以上，其中铅是最严重的污染之一。铅的危险性如此之大，这就使得对使用的前期防范和对后期的治理提出了较高的要求。
1.1.2 水体中铅的处理方法
重金属污染现象已越来越严重，因其发生的频率过高及对人体的危害程度之严重，引起人们的广泛关注，常见的重金属元素有铅，锌，铬，汞等[5]。针对其中的铅污染，除了要在工厂这一源头进行控制，还要对已被污染的水体进行处理。现今常用的处理方法包括以下5种：化学沉淀法、植物修复法、电解法、离子交换法和吸附法[6]等。
（1） 化学沉淀法
化学沉淀法[7]通常是向废水中加入化学药剂，使其与水中呈现溶解态的重金属离子发生化学反应，生成沉淀物被分离出来的过程。化学沉淀法处理含铅离子废水，最常用的是用氢氧化物沉淀法将铅离子转化为沉淀从而达到分离的目的。此方法具有投资和处理成本低，操作简单等优点，广泛应用于含铅废水的治理等方面。但这种方法存在不足之处，水无法回用，可能存在二次污染，占地面积大但处理量小、选择识别性差[8]等缺点。
（2） 植物修复法
植物修复法是利用绿色植物的自我修复能力对重金属污染进行吸收转化，以此达到净化污染物的目的。这种的方法的最大优点就是对环境无二次污染[9]。 因此植物修复技术成为了净化水体、清洗重金属污染物的一种新型绿色无害的技术。此技术对铅污染有特定的去除效率，即当水体中的铅离子浓度≤1 mg/L时，使用绿萝对铅离子的去除率为41%[10]。虽然植物修复法处理后无二次污染、绿色无害，不过这种方法的处理容量不大。
（3） 电解法
在电场的作用下将电能转化为化学能的过程，重金属如铅、汞等离子在两极产生氧化还原反应，重金属离子被富集处理的方法称为电解法[11]。电解法中常见的都是阴极先析出阳离子，然后是考虑优先析出电位愈正的离子。但由于H2析出时具备较高的过电位，同时因为过电位与阴极电极材料和电流密度密切相关，因此铅离子在阴极被优先析出[12]。
电解法又称清洁处理法，因为占地面积不大、污泥产量不多且管理方便，所以一般情况下无须添加其他复杂的化学药品。虽然电解法有以上占地少、易管理等优点，但是存在一些不足，较为明显的就是阴极电流效率低，致使沉降速度慢，处理效率不高，造成这种现象主要原因是铅离子电解时，容易产生过量的氢气。
（4） 离子交换法
离子交换树脂、沸石都是目前处理含铅废水常见的离子交换剂。离子交换树脂中含有的活性基团可以吸附铅离子并进行浓缩，处理后树脂还可自身进行再生，这样不仅铅污染得以清除，还可回收再利用。离子交换法是一种电镀废水治理方法，具有树脂可再生能力，去除效率高，可回收利用等特点，但因树脂的成本价格过高且易受污染，一直难以被广泛使用。新型离子交换树脂也正随时代创新发展日益增多，效果显著。
（5） 吸附法
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