合成高分子复合微球的制备及其在去除污水中重金属离子的应用(附件)
本课题所探究的是合成高分子复合微球的制备，以及制备微球所需要的最优条件，并研究其在去除污水中重金属离子的应用。高分子复合微球是指使合成高分子与无机磁性颗粒通过凝胶结合形成的复合材料，该微球具有特定的功能及微观结构。本实验的制备微球是通过海藻酸钠、聚丙烯、磁性Fe3O4颗粒凝胶而合成得磁性高分子复合微球，并在制备过程中添加我省特有的凹凸棒土。实验结果表明所制备的高分子复合微球的最佳条件是海藻酸钠（2g）、聚丙烯(0.5g)、磁性Fe3O4粒子(2g)和凹凸棒土(1g)按4142的比例混合形成，该形成的混合胶状液体应在60℃下，通过电动搅拌（400r/min），可以快速形成均匀的胶状液体，并在（100r/min）条件下，将胶状液体滴入到CaCl2溶液中，可以形成较饱满的、形状完整的微球。通过模拟实验发现该微球可以用作吸附剂来去除水溶液中的重金属离子铜离子，在污水处理的领域中有较好的发展前景。关键词 复合微球，海藻酸钠，Fe3O4，凹凸棒土
目 录
1 引言 1
1.1磁性高分子复合微球的研究进展 1
1.2污水中重金属离子的污染及其危害 1
1.3微球的组分 1
1.3.1海藻酸钠 2
1.3.2聚丙烯 2
1.3.3 磁性Fe3O4粒子 3
1.3.4凹凸棒土 3
1.4水体中重金属污染的治理技术 3
1.5本论文的研究目的和意义 4
2 实验部分 4
2.1实验仪器 4
2.2 实验药品 5
2.3 高分子复合微球的制备方案 6
2.3.1微球的制备 6
2.3.2酸化改性凹凸棒土 7
2.4 去除污水中铜离子实验 7
2.4.1 样品含量对污水中Cu2+吸附的实验 7
2.4.2 凹凸棒土的改性实验对Cu2+的吸附影响 7
2.4.3 测定Cu2+的吸光度的实验 7
3 结果与讨论 8
3.1 制备条件优化 8
3.1.1 各个组分添加的量的影响 8
3.1.1.1 海藻酸钠添加的量的影响 8
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
3.1.1.2 凹土的比例 10
3.1.1.3 Fe3O4的量的影响 11
3.1.2 温度的影响 12
3.1.3 转速的影响 14
3.1.3.1转速对海藻酸钠的影响 14
3.1.3.2 转速对微球的影响 14
3.2 表征 15
3.2.1 SEM电镜分析 15
3.3模拟实验废水处理（Cu2+吸光度的测定) 16
3.3.1不同含量复合微球测污水中Cu2+的吸光度 16
3.3.2 改性复合微球对Cu的吸附影响 17
3.3.3 时间对高分子复合微球吸附的影响 19
结 论 与 展 望 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
1 引言
1.1磁性高分子复合微球的研究进展
磁性高分子复合微球是将有机高分子和无机磁性物质在一定的条件下结合起来的微球，预计该微球具有一定磁性及特殊结构。而它也凭借自身独特的化学性质及物理性质，成功吸引了研究人员的关注[1]。通过共聚及表面改性等方法能够在磁性高分子微球表面固定多种具有功能性的基团。它的磁性和离心分离相比，只需利用简单的设备便可将其相对简便、并很快的将其分离出。所以磁性高分子微球在一些新的光学、电光元件、细胞的分离等多个研究的领域都突显出好的发展势态[2]。
1.2污水中重金属离子的污染及其危害
随着生活水平的提高和工业的进步，水资源的破坏越来越严重。重金属离子严重超标，重金属污染给公共研究领域带来了严重的重金属污染问题。重金属离子不仅可以使人致癌，致畸，并且可以使人长时间中毒，而且重金属的降解极其困难通过白水难以消除水污染的所造成的危害。因此，水中重金属的污染往往是水污染防治中最难的问题。 从危害人体健康以及对环境造成污染的角度来看，主要包括生物毒性铅，汞，铬，镉，金属砷，铜等[3]。
如铬（Cr）——分别有三价铬和六价铬。一般来讲，三价铬的毒性仅仅是六价铬毒性的百分之一，三价铬甚至是生物体内所必须的微量元素。六价铬对于皮肤会产生刺激作用、过敏作用，还会对人体的呼吸系统及内脏产生危害。
铜（Cu）——本身所具有的毒性十分小，但通常在冶炼铜的时候会发生铜中毒[4]，这是因为与铜同时存在的砷和铅等元素进而引发的中毒[5]。
镍（Ni）——进入人体后会存在于人的脊髓、脑和内脏中，主要存在人的肺中。
锌（Zn）——如果人体内锌过量也对人会产生不良的影响[6]。
重金属污染物在水、土壤、沉积物、植物、大气等体系中均有分布。重金属污染物在不同的体系中所存在的形式也各不相同。重金属污染物在土壤里的存在形式以及土壤的重金属污染是因为使用污泥与污水的灌溉而引起的，工业废水占污水的60%～80%，同时成分十分复杂，都具有不同程度生物难以降解的重金属物质[7]。
1.3 微球的组分
1.3.1海藻酸钠
图1.1 海藻酸钠粉末
海藻酸钠是海藻中的海带或马尾藻从中提取出碘和甘露醇后的产物，是一种天然多糖。是一种白色粉末状固体。正因为海藻酸钠溶于水后具有极高的粘度，因此它具有药物制剂辅料所需的稳定性、溶解性、粘性和安全性。
海藻酸钠可以避免蛋白质、细胞、敏感性药物和酶等物质失活，是因为它所需要的形成凝胶的条件较为温和。如今，海藻酸钠已经在食品工业及医药领域引起了广泛的关注并得到了广泛应用[8]。
1.3.2聚丙烯
图1.2 聚丙烯
聚丙烯是通过丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。按照甲基的排列位置可以分为：等规聚丙烯、无规聚丙烯和间规聚丙烯[9]。
聚丙烯具有很多优点特性：1.相对密度小，约为0.890.91，是塑料中最轻的品种。2.具有较好的力学性能，除了耐冲击性外，其他力学性能均比聚乙烯好，成型加工性能好。3.具有较高的耐热性，连续使用温度可达110120℃。4.化学性能好，几乎不吸水，与绝大多数化学药品不反应。5.质地纯净，无毒性。6.电绝缘性好。7.聚丙烯制品的透明性比高密度聚乙烯制品的透明性好[10]。
它有很多优点但也有缺点：1.制品耐寒性差，低温冲击强度低。2.在使用中易受光、热和氧的作用而老化。3.着色性不好。4.易燃烧。5.韧性不好，静电度高，染色性、印刷性和黏合性差[11]。
1.3.3 磁性Fe3O4粒子
磁性Fe3O4粒子又称吸铁石、磁铁、氧化铁黑，是一种黑色晶体，具有磁性，所以被称为磁性氧化铁[12]。磁性Fe3O4粒子不溶于水，也不溶于碱溶液以及乙醇等有机溶剂，但可以溶于酸溶液。天然的Fe3O4不溶于酸溶液，在空气中受潮容易被氧化。Fe3O4一般用来做颜料和抛光剂，制造录音磁带和电讯器材也需要Fe3O4。
目 录
1 引言 1
1.1磁性高分子复合微球的研究进展 1
1.2污水中重金属离子的污染及其危害 1
1.3微球的组分 1
1.3.1海藻酸钠 2
1.3.2聚丙烯 2
1.3.3 磁性Fe3O4粒子 3
1.3.4凹凸棒土 3
1.4水体中重金属污染的治理技术 3
1.5本论文的研究目的和意义 4
2 实验部分 4
2.1实验仪器 4
2.2 实验药品 5
2.3 高分子复合微球的制备方案 6
2.3.1微球的制备 6
2.3.2酸化改性凹凸棒土 7
2.4 去除污水中铜离子实验 7
2.4.1 样品含量对污水中Cu2+吸附的实验 7
2.4.2 凹凸棒土的改性实验对Cu2+的吸附影响 7
2.4.3 测定Cu2+的吸光度的实验 7
3 结果与讨论 8
3.1 制备条件优化 8
3.1.1 各个组分添加的量的影响 8
3.1.1.1 海藻酸钠添加的量的影响 8
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: &351916072&
3.1.1.2 凹土的比例 10
3.1.1.3 Fe3O4的量的影响 11
3.1.2 温度的影响 12
3.1.3 转速的影响 14
3.1.3.1转速对海藻酸钠的影响 14
3.1.3.2 转速对微球的影响 14
3.2 表征 15
3.2.1 SEM电镜分析 15
3.3模拟实验废水处理（Cu2+吸光度的测定) 16
3.3.1不同含量复合微球测污水中Cu2+的吸光度 16
3.3.2 改性复合微球对Cu的吸附影响 17
3.3.3 时间对高分子复合微球吸附的影响 19
结 论 与 展 望 21
致 谢 22
参 考 文 献 23
1 引言
1.1磁性高分子复合微球的研究进展
磁性高分子复合微球是将有机高分子和无机磁性物质在一定的条件下结合起来的微球，预计该微球具有一定磁性及特殊结构。而它也凭借自身独特的化学性质及物理性质，成功吸引了研究人员的关注[1]。通过共聚及表面改性等方法能够在磁性高分子微球表面固定多种具有功能性的基团。它的磁性和离心分离相比，只需利用简单的设备便可将其相对简便、并很快的将其分离出。所以磁性高分子微球在一些新的光学、电光元件、细胞的分离等多个研究的领域都突显出好的发展势态[2]。
1.2污水中重金属离子的污染及其危害
随着生活水平的提高和工业的进步，水资源的破坏越来越严重。重金属离子严重超标，重金属污染给公共研究领域带来了严重的重金属污染问题。重金属离子不仅可以使人致癌，致畸，并且可以使人长时间中毒，而且重金属的降解极其困难通过白水难以消除水污染的所造成的危害。因此，水中重金属的污染往往是水污染防治中最难的问题。 从危害人体健康以及对环境造成污染的角度来看，主要包括生物毒性铅，汞，铬，镉，金属砷，铜等[3]。
如铬（Cr）——分别有三价铬和六价铬。一般来讲，三价铬的毒性仅仅是六价铬毒性的百分之一，三价铬甚至是生物体内所必须的微量元素。六价铬对于皮肤会产生刺激作用、过敏作用，还会对人体的呼吸系统及内脏产生危害。
铜（Cu）——本身所具有的毒性十分小，但通常在冶炼铜的时候会发生铜中毒[4]，这是因为与铜同时存在的砷和铅等元素进而引发的中毒[5]。
镍（Ni）——进入人体后会存在于人的脊髓、脑和内脏中，主要存在人的肺中。
锌（Zn）——如果人体内锌过量也对人会产生不良的影响[6]。
重金属污染物在水、土壤、沉积物、植物、大气等体系中均有分布。重金属污染物在不同的体系中所存在的形式也各不相同。重金属污染物在土壤里的存在形式以及土壤的重金属污染是因为使用污泥与污水的灌溉而引起的，工业废水占污水的60%～80%，同时成分十分复杂，都具有不同程度生物难以降解的重金属物质[7]。
1.3 微球的组分
1.3.1海藻酸钠
图1.1 海藻酸钠粉末
海藻酸钠是海藻中的海带或马尾藻从中提取出碘和甘露醇后的产物，是一种天然多糖。是一种白色粉末状固体。正因为海藻酸钠溶于水后具有极高的粘度，因此它具有药物制剂辅料所需的稳定性、溶解性、粘性和安全性。
海藻酸钠可以避免蛋白质、细胞、敏感性药物和酶等物质失活，是因为它所需要的形成凝胶的条件较为温和。如今，海藻酸钠已经在食品工业及医药领域引起了广泛的关注并得到了广泛应用[8]。
1.3.2聚丙烯
图1.2 聚丙烯
聚丙烯是通过丙烯聚合而制得的一种热塑性树脂。按照甲基的排列位置可以分为：等规聚丙烯、无规聚丙烯和间规聚丙烯[9]。
聚丙烯具有很多优点特性：1.相对密度小，约为0.890.91，是塑料中最轻的品种。2.具有较好的力学性能，除了耐冲击性外，其他力学性能均比聚乙烯好，成型加工性能好。3.具有较高的耐热性，连续使用温度可达110120℃。4.化学性能好，几乎不吸水，与绝大多数化学药品不反应。5.质地纯净，无毒性。6.电绝缘性好。7.聚丙烯制品的透明性比高密度聚乙烯制品的透明性好[10]。
它有很多优点但也有缺点：1.制品耐寒性差，低温冲击强度低。2.在使用中易受光、热和氧的作用而老化。3.着色性不好。4.易燃烧。5.韧性不好，静电度高，染色性、印刷性和黏合性差[11]。
1.3.3 磁性Fe3O4粒子
磁性Fe3O4粒子又称吸铁石、磁铁、氧化铁黑，是一种黑色晶体，具有磁性，所以被称为磁性氧化铁[12]。磁性Fe3O4粒子不溶于水，也不溶于碱溶液以及乙醇等有机溶剂，但可以溶于酸溶液。天然的Fe3O4不溶于酸溶液，在空气中受潮容易被氧化。Fe3O4一般用来做颜料和抛光剂，制造录音磁带和电讯器材也需要Fe3O4。
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