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砷离子印迹聚合物的制备及性能表征

宋卓  
【摘要】:离子印迹技术近年来备受关注,且印迹聚合物的种类日益增多,广泛应用于各种领域。本文利用表面印迹技术,以负载了硝酸铁的修饰硅胶作为基体,通过功能单体α-甲基丙烯酸与模板亚砷酸根之间的相互作用,在交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯的交联作用下制备砷离子印迹聚合物。本次研究使印迹聚合物的种类得到有益的补充,为除砷提供了新方法。 制备条件经单因素分析和正交试验最终确定的最佳制备条件为:预聚合pH=5,交联pH=5.5,功能单体与交联剂浓度比为1:7,洗脱液浓度为1mol·L-1。而且通过对砷离子印迹聚合物进行的电镜扫描以及XRD表征对材料有了直观的认识,并且由于红外和紫外谱图中特征峰的变化使得印迹过程得到印证。 砷离子印迹聚合物的吸附条件通过静态吸附实验进行分析。试验结果确定pH=6为材料适宜的吸附条件,且初始离子浓度为100mg·L-1;随着吸附体系温度的不断升高,材料的吸附量逐渐增大。 在后续的动力学和热力学性能研究中,确定在pH=6,T=25℃的条件下进行吸附动力学研究,材料约在6h达到吸附平衡,速率常数为0.041h-1,吸附过程可以用准二级动力学方程较好的描述,且在该实验条件下,印迹聚合物的饱和吸附量约为非印迹聚合物的1.5倍,且吸附过程基本符合Langmuir吸附等温模型,且该吸附过程吸热,可以自发进行。 对砷的特异选择性是其最大的优势。在单一竞争离子体系中,材料表现出良好的选择吸附性,尤其在NO3-体系中,选择系数为5.09,在混合竞争体系中,选择吸附性能下降,其中以NO2-的竞争最强,在NO2-浓度小于40mg.L-1时,其对As(Ⅲ)的竞争性不明显。材料的经济性很好,在重复利用材料9次后,其吸附量仍可达到最初的94.78%。 对材料的吸附机理采用Scatchard分析进行研究,分析结果显示在10~100mg·L-1的浓度范围内得到两条Scatchard直线,表明材料与砷离子存在两种不同的结合方式。 砷离子印迹聚合物的除砷性能比较理想,有一定的实际应用价值。


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