可用于溶液中碘离子处理的铜修饰矿物基材料的制备与表征(附件)
工业生产污染、生活污染和药物污染等导致了水体中的碘浓度升高，过量的碘会对人体造成伤害，而且放射性碘会使碘污染的程度更加的严重，因此，开发新型，专属的碘吸附材料具有重要的环保意义。本文以矿物基材料为研究对象，通过铜负载矿物基材料用于溶液中碘离子的去除，掌握复合材料的制备方法，利用XRD、FT—IR、扫描电镜等表征方式对改性前后的材料和吸附前后的材料进行分析，并考察在不同条件下复合材料对碘离子的吸附性能。结果表明，经过铜离子负载的矿物基材料对碘离子能有效的吸附，四种材料中其中白土矿物基材料的吸附率和吸附量都有明显的优势，最佳条件为溶液浓度为0.4mmol/L，溶液pH值为3，吸附时间为12h，最高吸附率可达76.13%。关键词 矿物基材料 碘离子 铜改性 吸附效率
目 录
第一章 绪论 1
1.1 废水中碘的来源 1
1.2 碘的危害 1
1.3 废水中碘的去除方案 1
1.4 凹凸棒土简介 3
1.5 研究内容和研究路线 5
第二章 实验部分 6
2.1 实验器材 6
2.2 实验方法 7
第三章 结果与讨论 11
3.1改性前后的表征 11
3.2 溶液浓度的影响 15
3.3 吸附动力学影响 16
3.4 溶液的pH值对吸附动力学的影响 18
3.5 吸附前后材料的表征 19
结论与展望 21
4.1结论 21
4.2展望 21
致谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1 废水中碘的来源
废水中的碘来源十分广泛，其中工业生产，生活污染和医药污染中碘的排放极其严重。工业生产中的含碘废水以蒸氨的剩余氨水为主要来源；人类生活中排放含碘食盐增加环境中碘污染；医院的含碘废水主要来源于化验室，诊疗室，手术室。另外，对碘污染的关注还因为它是一种裂变物质，放射性碘更是危害人类健康的一大“杀手”。放射性碘来源于碘的同位素，福岛事件后，在周围的水环境中检测出大量的放射性碘，而在气态排放物中只检测到很小一部分[1]。
1.2 碘 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
的危害
目前，工业废水，城市污水，医药污水等大量排放的含碘废水致使江河水质矿化度大大提升，是导致土壤，地表水，地下水严重污染的重要来源，破坏生态环境。然而不仅是对环境有危害，碘污染对人体也是有严重影响。碘离子会产生碘代消毒副产物，这一现象主要出现在对饮用水的消毒过程中。有研究表明[2]，当水中有机物含量一定时，消毒副产物的生成量随着碘离子的浓度增加而增加，而且碘代消毒副产物对人体健康有着极其不利的影响，碘代消毒副产物中碘乙酸则是卤乙酸(HAAs）类消毒副产物中毒性和遗传性最强的，只需少量就可以影响小鼠胚胎的生长发育[3]。据资料可知放射性碘的同位素约有十多种[4]，其中131I元素的产量大而且放射性较高，因而对人和环境有十分严重的危害[5]，当放射性的碘进入人体后，能够很快地在甲状腺处进行富集，从而使甲状腺受到持续的高剂量照射，危害甲状腺健康[6]，导致甲状腺的病变，切尔诺贝利核泄露事故导致了4000例左右以儿童和青少年为主的甲状腺癌的发生[7]。
1.3 废水中碘的去除方案
现阶段废水中碘的去除方法主要有新型除碘技术如银基材料对碘的吸附；铜基材料对碘的吸附；氨基材料对碘的吸附和常见的传统除碘技术如活性炭吸附、离子交换法、沉淀法等。
高灿等人用不同方式处理银棒对碘进行吸附实验，研究表明用钠盐溶液处理过的银棒，对碘的吸附效果可明显改善，同时加入0.063 mol/L的双氧水溶液作为氧化剂可进一步改善对碘离子的吸附效果，因为双氧水的加入可使银棒表面的银单质变成银离子，有利于与碘的结合[8]。但是由于银块的比表面积比较小，对碘的吸附容量有限，又采用银复合剂对碘的吸附进行研究，使银离子分散到基质表面，有利于增大比表面积。研究表明Ag/TiO2负荷吸附剂对碘离子的吸附量和吸附率较好，且在溶液中不易发生水解，因此可用于工业废水中碘的去除。
李品等人[9]研究用共沉淀法制备铜基层状金属化合物，通过研究其焙烧后的产物对碘的吸附性能和吸附机理，探究最佳制备工艺。将制备的铜基层状金属化合物于400℃焙烧后，其层状结构消除，有利于对碘离子的吸附作用，并且在吸附后层状结构可以恢复。
在废水处理中活性炭吸附处理是常见的一种吸附方法。朱兆友等人采用过氧化氢—活性炭吸附联用技术吸附含碘废水中的碘，探究Iˉ氧化为I的最佳条件以及活性炭加量对碘吸附率的影响[10]。研究表明在溶液pH值为2，双氧水与Iˉ摩尔比为1.00:1，反应时间为2h，吸附剂加入量为2.2g/L,此时碘的吸附率最高可达93.55%，且吸附后的活性炭其结构和性能变化不大，即可继续回收利用。
离子交换法除碘主要用于海藻，海水等。最早是上个世纪，利用强碱性阴离子树脂对地下卤水，天然气卤水和海水中的碘进行去除，如717凝胶型树脂和D201大孔型树脂。采用此方法去碘时，一般要将原溶液调至酸性，pH<3,然后用氧化剂将碘离子氧化成碘分子，再用树脂吸附。此方法所用的树脂材料的缺点有抗干扰能力差，后续处理成本高，有毒性等。
沉淀法去碘的原理是利用碘离子易于和金属阳离子形成难溶解沉淀或与化合物形成稳定络合物的特性，将沉淀物从原溶液去除，从而达到去碘的方法[11]。此方法多用于卤水的澄清，利用硝酸铜，硫酸铁处理，再加氢氧化钠中和，可以得到氯化铜和和氢氧化铁沉淀，其中的氯化铜通入氯气，析出碘。此种方法氯气有腐蚀性且处理成本高。
上述含碘废水的处理方法有运行不稳定，成本高，操作复杂等缺点。本文中矿物基材料价格低廉且分布广泛易获取，通过铜负载，制备方法简单易操作，制备周期短，后续处理成本低，为废水中碘离子的处理提供可行性研究。
1.4 凹凸棒土简介
本文所用到的其中三种矿物基材料（龙王山，金泰源，澳特邦）属于凹凸棒土，又称坡缕石，这种黏土矿石具有链层状的结构。且含有丰富的镁铝硅酸盐。其结构属2：1型粘土矿物。在每个2：1单位结构层中，四面体晶片角顶隔向着一定距离方向颠倒，形成层链状。在这些链之间形成与链平行的通道，通道横断面约3.5*6.4 A°其内部充填沸石水和结晶水，见凹凸棒土粘土晶体结构图。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 废水中碘的来源 1
1.2 碘的危害 1
1.3 废水中碘的去除方案 1
1.4 凹凸棒土简介 3
1.5 研究内容和研究路线 5
第二章 实验部分 6
2.1 实验器材 6
2.2 实验方法 7
第三章 结果与讨论 11
3.1改性前后的表征 11
3.2 溶液浓度的影响 15
3.3 吸附动力学影响 16
3.4 溶液的pH值对吸附动力学的影响 18
3.5 吸附前后材料的表征 19
结论与展望 21
4.1结论 21
4.2展望 21
致谢 23
参考文献 24
第一章 绪论
1.1 废水中碘的来源
废水中的碘来源十分广泛，其中工业生产，生活污染和医药污染中碘的排放极其严重。工业生产中的含碘废水以蒸氨的剩余氨水为主要来源；人类生活中排放含碘食盐增加环境中碘污染；医院的含碘废水主要来源于化验室，诊疗室，手术室。另外，对碘污染的关注还因为它是一种裂变物质，放射性碘更是危害人类健康的一大“杀手”。放射性碘来源于碘的同位素，福岛事件后，在周围的水环境中检测出大量的放射性碘，而在气态排放物中只检测到很小一部分[1]。
1.2 碘 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^351916072^
的危害
目前，工业废水，城市污水，医药污水等大量排放的含碘废水致使江河水质矿化度大大提升，是导致土壤，地表水，地下水严重污染的重要来源，破坏生态环境。然而不仅是对环境有危害，碘污染对人体也是有严重影响。碘离子会产生碘代消毒副产物，这一现象主要出现在对饮用水的消毒过程中。有研究表明[2]，当水中有机物含量一定时，消毒副产物的生成量随着碘离子的浓度增加而增加，而且碘代消毒副产物对人体健康有着极其不利的影响，碘代消毒副产物中碘乙酸则是卤乙酸(HAAs）类消毒副产物中毒性和遗传性最强的，只需少量就可以影响小鼠胚胎的生长发育[3]。据资料可知放射性碘的同位素约有十多种[4]，其中131I元素的产量大而且放射性较高，因而对人和环境有十分严重的危害[5]，当放射性的碘进入人体后，能够很快地在甲状腺处进行富集，从而使甲状腺受到持续的高剂量照射，危害甲状腺健康[6]，导致甲状腺的病变，切尔诺贝利核泄露事故导致了4000例左右以儿童和青少年为主的甲状腺癌的发生[7]。
1.3 废水中碘的去除方案
现阶段废水中碘的去除方法主要有新型除碘技术如银基材料对碘的吸附；铜基材料对碘的吸附；氨基材料对碘的吸附和常见的传统除碘技术如活性炭吸附、离子交换法、沉淀法等。
高灿等人用不同方式处理银棒对碘进行吸附实验，研究表明用钠盐溶液处理过的银棒，对碘的吸附效果可明显改善，同时加入0.063 mol/L的双氧水溶液作为氧化剂可进一步改善对碘离子的吸附效果，因为双氧水的加入可使银棒表面的银单质变成银离子，有利于与碘的结合[8]。但是由于银块的比表面积比较小，对碘的吸附容量有限，又采用银复合剂对碘的吸附进行研究，使银离子分散到基质表面，有利于增大比表面积。研究表明Ag/TiO2负荷吸附剂对碘离子的吸附量和吸附率较好，且在溶液中不易发生水解，因此可用于工业废水中碘的去除。
李品等人[9]研究用共沉淀法制备铜基层状金属化合物，通过研究其焙烧后的产物对碘的吸附性能和吸附机理，探究最佳制备工艺。将制备的铜基层状金属化合物于400℃焙烧后，其层状结构消除，有利于对碘离子的吸附作用，并且在吸附后层状结构可以恢复。
在废水处理中活性炭吸附处理是常见的一种吸附方法。朱兆友等人采用过氧化氢—活性炭吸附联用技术吸附含碘废水中的碘，探究Iˉ氧化为I的最佳条件以及活性炭加量对碘吸附率的影响[10]。研究表明在溶液pH值为2，双氧水与Iˉ摩尔比为1.00:1，反应时间为2h，吸附剂加入量为2.2g/L,此时碘的吸附率最高可达93.55%，且吸附后的活性炭其结构和性能变化不大，即可继续回收利用。
离子交换法除碘主要用于海藻，海水等。最早是上个世纪，利用强碱性阴离子树脂对地下卤水，天然气卤水和海水中的碘进行去除，如717凝胶型树脂和D201大孔型树脂。采用此方法去碘时，一般要将原溶液调至酸性，pH<3,然后用氧化剂将碘离子氧化成碘分子，再用树脂吸附。此方法所用的树脂材料的缺点有抗干扰能力差，后续处理成本高，有毒性等。
沉淀法去碘的原理是利用碘离子易于和金属阳离子形成难溶解沉淀或与化合物形成稳定络合物的特性，将沉淀物从原溶液去除，从而达到去碘的方法[11]。此方法多用于卤水的澄清，利用硝酸铜，硫酸铁处理，再加氢氧化钠中和，可以得到氯化铜和和氢氧化铁沉淀，其中的氯化铜通入氯气，析出碘。此种方法氯气有腐蚀性且处理成本高。
上述含碘废水的处理方法有运行不稳定，成本高，操作复杂等缺点。本文中矿物基材料价格低廉且分布广泛易获取，通过铜负载，制备方法简单易操作，制备周期短，后续处理成本低，为废水中碘离子的处理提供可行性研究。
1.4 凹凸棒土简介
本文所用到的其中三种矿物基材料（龙王山，金泰源，澳特邦）属于凹凸棒土，又称坡缕石，这种黏土矿石具有链层状的结构。且含有丰富的镁铝硅酸盐。其结构属2：1型粘土矿物。在每个2：1单位结构层中，四面体晶片角顶隔向着一定距离方向颠倒，形成层链状。在这些链之间形成与链平行的通道，通道横断面约3.5*6.4 A°其内部充填沸石水和结晶水，见凹凸棒土粘土晶体结构图。
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