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《西北农林科技大学》 2017年
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氨基/羧基功能化磁性微球对水溶液中Cd(Ⅱ)和Pb(Ⅱ)的去除性能研究

赵凡  
【摘要】:随着工业化的迅速发展,环境污染问题日益突出,尤其土壤、水体重金属污染严重。水体中重金属污染可通过食物链富集,进入人体并累积,产生很强的细胞毒性、致畸及致癌性。在众多重金属污染中,Cd(II)和Pb(II)对水体的污染已经成为全球关注的焦点,被列为重点危害人体健康的重金属污染物。大量研究表明,磁性吸附剂不仅可以高效去除水体中的重金属,而且操作简便、易回收。另一方面,氨基(-NH_2)和羧基(-COOH)具有较强的金属螯合能力,SiO_2表面的硅醇基(Si-OH)有利于化学基团的修饰。本论文以引发剂过硫酸钾(KPS)、交联剂N,N-亚甲基双丙烯酰胺(NMBA)、反应时间、反应温度为因素,制备了氨基、羧基功能化磁性微球(Fe_3O_4@SiO_2-NH_2/COOH)。用傅里叶红外光谱(FT-IR)和X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)对氨基、羧基功能化磁性微球进行表征,并探讨了其对水溶液中Cd(II)和Pb(II)的吸附性能。论文的主要研究结果如下:1.以Fe_3O_4@SiO_2-NH_2/COOH吸附剂对Pb(II)的吸附量为指标,探究了氨基、羧基功能化磁性微球的制备条件,优化得到最优制备工艺参数为:单体(甲基丙烯酸、丙烯酰胺)28.6 mmol/L、交联剂85.7 mmol/L、引发剂48.6 mmol/L、反应时间8 h和反应温度70°C。在上述条件下,可制备出对Pb(II)吸附性能最佳的吸附剂。2.探讨了Fe_3O_4@SiO_2-NH_2/COOH吸附剂在一元溶液中对Pb(II)和Cd(II)的吸附性能,结果显示,随着Pb(II)和Cd(II)溶液pH值的增大,Fe_3O_4@SiO_2-NH_2/COOH对Pb(II)的吸附量先增大后趋于稳定,其对Cd(II)的吸附量在pH=7.0之前呈先增大后趋于稳定的趋势,当pH8.0后快速增大。吸附过程符合准二级动力学模型及Langmuir吸附等温模型,对Pb(II)和Cd(II)的最大吸附量分别为168.995 mg/g和207.807 mg/g。3.研究了干扰离子(Ca2+和Mg2+)对Cd(II)和Pb(II)的吸附的影响,结果表明,在存在干扰离子条件下,Ca2+和Mg2+的浓度越大,对Cd(II)和Pb(II)的竞争吸附影响越大,其中,Ca2+比Mg2+对Cd(II)和Pb(II)的干扰影响更大。4.选用20 mL 0.1 mol/L HCl溶液作洗脱溶剂,对吸附了Pb(II)和Cd(II)的吸附剂进行洗脱,经过一次吸附-洗脱后,洗脱剂对Cd(II)和Pb(II)的洗脱率分别约为73%和94%,经过三次吸附洗脱后,洗脱剂对Cd(II)和Pb(II)的洗脱率分别约为84%和30%5.研究Fe_3O_4@SiO_2-NH_2/COOH吸附剂对饮用水样中Pb(II)和Cd(II)的去除性能,结果表明所制备的吸附剂对饮用水样中Pb(II)和Cd(II)的去除百分率分别约为91%和97%。处理后的饮用水中Cd(II)和Pb(II)剩余浓度均低于WHO规定的饮用水中Cd(II)和Pb(II)的限量标准。上述结果表明,所制备的氨基、羧基功能化磁性吸附剂对Pb(II)和Cd(II)吸附量高、易于磁分离、重复利用性好等许多优点,因而可为饮用水样中去除重金属离子提供一种吸附材料。
【学位授予单位】:西北农林科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:X52;O647.3

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