铜、镍离子印迹聚合物的制备及性能研究

发布时间：2017-10-21 03:15

  本文关键词：铜、镍离子印迹聚合物的制备及性能研究

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【摘要】：重金属污染对环境有很大的危害,如对土壤、大气及水体都有严重的污染,进而会危害人类的健康及生存。并且工业中的使用量也越来越多,因此就它们引发的污染问题急需我们去解决。一直以来我们也在不断的探索新的方法、新的途径去治理重金属污染。而印迹技术的发现为我们解决该类难题寻找到了一个新的可行性思路。其优越的特异选择性能,使其可以被应用到水体中重金属污染治理方面,并且前景广阔。本文主要研究铜、镍两种离子。本文以Cu~(2+).N i~(2+)两种离子为模板,使用分散聚合法分别合成制得了Cu~(2+)IIP和Ni~(2+)-IIP,并使用傅里叶红外、紫外光谱及扫描电镜对聚合物的内部结构及外观形态进行了表征。对实验方案进行了优化,得出了两种聚合物各自的最优合成方案：(1)Cu~(2+)-离子印迹聚合物(Cu~(2+)-IIP): CuSO4.5H2O,1mmol；1-乙烯基咪唑,5.0mmol；EGDMA,30mmo(即 Cu~(2+)/1-乙烯基咪唑/EGDMA的摩尔比为1：5：30)；甲苯,12mL:AIBN, 0.06g.(2)Ni~(2+)离子印迹聚合物(Ni~(2+)-IIP):Ni(N03)2, 1mmol；1-乙烯基咪唑,4.Ommol:EGDMA,20mmol(即Ni~(2+)/1-乙烯基咪唑/EGDMA的摩尔比为1：4：20)；甲苯,10mL；AIBN,0.06g.实验探究了影响Ni~(2+)-IIP和Ni~(2+)-IIP吸附Cu~(2+)、Ni~(2+)效果的一些条件。在pH=6左右时,Cu~(2+)-IIP吸Cu2’效果显著,并且吸附Cu~(2+)时是吸热反应；对其热力学进行了研究得出了Cu~(2+)-IIP吸附Cu~(2+)时的熵变(ΔS)、焓变(ΔH)及自由能变(AG); Cu~(2+)-IIP吸Cu~(2+)过程的自由能变ΔG0说明其吸附Cu~(2+)离子时是自发进行的。Cu~(2+)-IIP对Cu~(2+)吸附行为与假二级动力学模型相一致,Qm为89.37mg/g,相关系数R2为0.9917,与实验值86.37mg/g接近。Ni~(2+)-IIP对N~(2+)的吸附行为吸热反应；在pH=5时吸附能较好；吸附行为与假二级动力学模型相一致,其Qmax=14.77mg/g,与实际得出的数值值11.56mg/g接近。静态实验探究表明,Cu~(2+)-IIP对Cu~(2+)的消除效率很高,90min达到动态平衡且其饱和结合量为86.37mg/g;相对竞争离子Co2、Ni2、Zn2、Cd~(2+)离子的选择系数分别为7.24、5.89、4.89、10.43。Cu~(2+)-IIP的吸铜行为与Langmuir模型相一致。并且重复使用五次后的吸附量占首次的百分比为95.7%,7次后仍可达到88.7%,表现出优异的化学稳定性。Ni~(2+)-IIP的饱和吸附量为11.56mg/g,且消除Ni~(2+)的速率较快,50min内即可完成整个吸附过程；相对竞争离子Ni~(2+)、Zn~(2+)、Cd~(2+)离子的选择系数分别为4.37、6.96、7.46；吸纳螯合Ni~(2+)的行为与Langmu ir等温线相吻合。并且重复使用五次后吸附量占首次的百分比仍达到87.2%,化学稳定性较好。
【关键词】：铜离子 镍离子 印迹聚合物 吸附
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O631.3;O647.3
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-17
• 第一章 绪论17-27
• 1.1 重金属污染的危害及去除方法17-19
• 1.1.1 化学方法17-18
• 1.1.2 物化方法18-19
• 1.1.3 生物法19
• 1.2 分子印迹技术19-20
• 1.3 离子印迹技术20-26
• 1.3.1 离子印迹聚合物的制备原理20-21
• 1.3.2 制备方法21-24
• 1.3.2.1 本体聚合21
• 1.3.2.2 乳液聚合21-22
• 1.3.2.3 悬浮聚合22
• 1.3.2.4 沉淀聚合22-23
• 1.3.2.5 原位聚合23
• 1.3.2.6 表面印迹技术23
• 1.3.2.7 分散聚合23-24
• 1.3.3 离子印迹聚合物的应用24-26
• 1.3.3.1 固相萃取24
• 1.3.3.2 水处理24-25
• 1.3.3.3 传感器25-26
• 1.4 本课题研究的内容及意义26-27
• 1.4.1 研究的内容26
• 1.4.2 研究的意义26-27
• 第二章 铜离子印迹聚合物的制备27-43
• 2.1 实验仪器与药品27-28
• 2.2 印迹聚合物的制备28-29
• 2.2.1 Cu~(2)+-印迹聚合物的合成28-29
• 2.2.2 铜含量的测定29
• 2.3 印迹聚合物的表征29-30
• 2.3.1 紫外光谱29-30
• 2.3.2 红外光谱30
• 2.3.3 扫描电镜30
• 2.4 结果与讨论30-42
• 2.4.1 标准曲线的绘制30-33
• 2.4.1.1 离子标准曲线30-33
• 2.4.2 功能单体的选择33-34
• 2.4.3 制备条件的影响34-38
• 2.4.3.1 1-乙烯基咪唑浓度的影响34-35
• 2.4.3.2 交联剂EGDMA量的影响35
• 2.4.3.3 致孔剂甲苯用量的影响35-38
• 2.4.4 印迹聚合物的表征38-42
• 2.4.4.1 印迹聚合物的外观38
• 2.4.4.2 络合物紫外光谱38-39
• 2.4.4.3 聚合物红外光谱图39-41
• 2.4.4.4 扫描电镜41-42
• 2.5 本章结论42-43
• 第三章 Cu~(2+)-IIP的吸附性能研究43-59
• 3.1 引言43
• 3.2 实验部分43-45
• 3.2.1 实验仪器与药品43
• 3.2.2 溶液的制备43
• 3.2.3 吸附性能的影响因素43-44
• 3.2.3.1 溶液pH值的影响43-44
• 3.2.3.2 吸附温度的影响44
• 3.2.3.3 铜离子初始浓度的影响44
• 3.2.4 吸附等温线44-45
• 3.2.5 吸附动力学45
• 3.2.6 选择性实验45
• 3.2.7 重复使用性能45
• 3.3 结果与讨论45-57
• 3.3.1 吸附性能的影响因素45-49
• 3.3.1.1 pH值的影响45-46
• 3.3.1.2 吸附温度的影响46-48
• 3.3.1.3 Cu~(2+)初始浓度的影响48-49
• 3.3.2 吸附等温线49-52
• 3.3.3 吸附动力学52-54
• 3.3.4 选择性实验54-56
• 3.3.5 重复使用性能56-57
• 3.4 本章结论57-59
• 第四章 镍离子印迹聚合物的制备59-67
• 4.1 引言59
• 4.2 实验药品及设备59
• 4.3 镍离子印迹聚合物的合成59-60
• 4.4 印迹聚合物的表征60-61
• 4.4.1 Ni~(2+)-1-Ⅵ络合的紫外光谱图60
• 4.4.2 红外光谱60
• 4.4.3 扫描电镜60-61
• 4.5 结果与讨论61-66
• 4.5.1 制备条件的优化61-63
• 4.5.1.1 1-乙烯基咪唑浓度的影响61
• 4.5.1.2 交联剂EGDMA浓度的影响61-62
• 4.5.1.3 致孔剂甲苯浓度的影响62-63
• 4.5.2 印迹聚合物的表征63-66
• 4.5.2.1 紫外光谱63-64
• 4.5.2.2 红外光谱64-65
• 4.5.2.3 扫描电镜65-66
• 4.6 本章小结66-67
• 第五章 Ni~(2+)-IIP吸附性能的研究67-77
• 5.1 实验设备及药品67
• 5.2 吸附性能的研究67-68
• 5.2.1 pH值的影响67
• 5.2.2 吸附温度67
• 5.2.3 饱和吸附量67
• 5.2.4 吸附动力学67-68
• 5.2.5 吸附等温线68
• 5.2.6 印迹聚合物的选择性68
• 5.2.7 重复利用性68
• 5.3 结果与讨论68-76
• 5.3.1 pH值的影响68-69
• 5.3.2 吸附温度69-70
• 5.3.3 饱和吸附量70
• 5.3.4 吸附动力学70-72
• 5.3.5 吸附等温线72-74
• 5.3.6 竞争离子的影响74-75
• 5.3.7 重复使用性能75-76
• 5.4 本章小结76-77
• 第六章 结论77-79
• 参考文献79-85
• 致谢85-87
• 研究成果及发表的学术论文87-89
• 作者和导师简介89-90
• 北京化工大学专业学位硕士研究生学位论文答辩委员会决议书90-91

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本文编号：1070957