新型螯合树脂的制备及其在重金属去除与检测中的应用

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受工业及城市生活污水的影响,近年来近海岸水体重金属污染日趋严重。这些重金属累积于海生藻类、鱼类等海产品中,已严重威胁着人们的健康与生命安全。因此,对此类污染水体进行重金属的分析检测与去除具有重大意义。由于此类水体中重金属含量多为痕量或超痕量级,往往无法直接进行分析检测,常需在检测前进行分离富集。螯合树脂是一种性能优良的分离富集材料,具有吸附容量大、富集选择性较好、操作简便、树脂易再生以及耐酸碱等优点,在选择性分离富集水溶液中的痕量金属离子等方面应用十分广泛。本文从八种配体中筛选合成了四种螯合树脂,利用元素分析、FTIR进行了结构表征;研究了四种树脂对多种重金属离子的吸附性能,重点研究了四种树脂对Hg(Ⅱ)的吸附性能,对其中两种树脂吸附Hg(Ⅱ)前后表面结构与热稳定性变化分别作了SEM、EDS与热重分析;筛选了两种树脂分别用于海水中重金属的分析检测和去除。主要研究内容如下:一、以氯甲基化聚苯乙烯为母体,引入N、N-S、N-O和N-S-O型杂环配体,制备了四种新型螯合树脂。研究了不同反应溶剂、反应温度、反应摩尔比对合成树脂转化率的影响,确定了树脂的最佳合成条件。通过红外光谱对合成树脂进行了结构表征。二、采用静态吸附法和动态吸附法详细研究了新型树脂对汞离子的吸附性能。静态研究表明,在T=298K, HAc-NaAc体系中,在各自最佳pH值下BITR、ATDR、ABMR、AMIR四种树脂均对Hg(Ⅱ)有较强的吸附能力。静态吸附容量分别为160.1、581.2、312.5和301.3 mg/g;BITR、ABMR、AMIR三种树脂的洗脱率都可达到100%,最佳解吸剂分别为2 mol/L、1 mol/L和:2 mol/L的HNO3。3种树脂经5次吸附—解吸循环使用后仍保持良好的吸附能力,吸附量减少不超过首次吸附量的4%。在实验条件下,未找到能较好的解吸ATDR的解吸剂,3.0 mol/L的HCl对ATDR的解吸率为73.4%;等温吸附实验结果表明,在实验研究的浓度范围内,树脂对Hg(Ⅱ)的吸附行为符合Langmuir等温模型;吸附动力学研究结果表明:树脂对Hg(Ⅱ)的吸附都较为符合二阶动力学方程,表明化学吸附为吸附过程中的主要控速步骤;热力学研究结果表明,ATDR对Hg(Ⅱ)的吸附主要为化学吸附,BITR、ABMR、AMIR三种树脂对Hg(Ⅱ)的吸附是物理吸附与化学吸附共同作用的结果。动态研究表明:BITR、ABMR、AMIR三种树脂对Hg(Ⅱ)的动态吸附容量分别为170.1、354.1和318.9 mg/g。采用Thomas模型能较好的拟合树脂吸附汞的穿透曲线,用相应最佳解吸剂均能实现完全动态解吸;对BITR与AMIR两种树脂吸附Hg(Ⅱ)前后表面结构的SEM分析结果表明,吸附后树脂表面出现较多颗粒状物质,进一步的EDS分析表明该颗粒状物质为汞元素。对BITR与AMIR的热重分析表明,两种树脂吸附汞后,热稳定性均下降,适于在100℃以下进行吸附和洗脱的操作三、研究了两种树脂在海水重金属去除与检测中的应用。1、研究了海水介质中BITR和AMIR两种树脂对Hg(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)混合离子的去除、回收性能。结果表明:混合金属离子体系中,BITR对Hg(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)的去除率及回收率较高;AMIR对Hg(Ⅱ)的去除率及回收率较高。去除动力学试验表明,树脂对金属的吸附速率较快。2、建立了一种以AMIR为预富集材料制备分离富集柱,与ICP-MS联用检测海水中超痕量汞的方法,并成功用于海水中超痕量汞的分析检测。
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