多功能棉纤维的制备及其对水体中铜、镉离子的吸附和检测的应用研究

发布时间：2018-03-05 19:21

本文选题：SI-ATRP　切入点：吸附　出处：《深圳大学》2017年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：水体重金属污染已经成为全球性的环境问题。环境中的重金属不能被降解,大部分重金属在水体中以离子形式存在,无色无味,进入食物链后长期积累,令生物体中毒,后果严重,对环境和人体健康都有极大威胁。面对日益严峻的水体重金属污染,有效的去除水体中重金属的同时,实现水体中重金属的简便检测和浓度预警的材料和方法,是迫切需要的。为制备出高吸附容量和简便定量检测铜离子(Cu~(2+))和镉离子(Cd~(2+))的多功能材料,本论文将采用简便有效的、分子量可控的、结构规整的表面引发原子自由基转移(SI-ATRP)技术对自然界含量丰富、本身具有大量羟基、且易于改性的棉纤维进行表面接枝聚合物,制备出对Cu~(2+)具备吸附和检测功能的胺化棉纤维(Aminated Cotton Fiber,ACF)、对Cd~(2+)具备吸附和检测功能的卟啉棉纤维(Cotton-PSMP-TMPyP,CPT)和在CPT材料的基础上,保持原有识别检测功能并实现对Cd~(2+)增强吸附的(Cotton-PGMA(DETA)-PSMP-TMPyP,CPDPT)材料,对三种功能性吸附材料进行制备条件优化和结构性能表征,并分别用于Cu~(2+)和Cd~(2+)离子的吸附和检测,研究了其吸附特性、吸附机理以及创建简便检测的方法。本论文的主要研究结果如下:(1)使用SI-ATRP技术研究制备胺化棉纤维(Aminated Cotton Fiber,ACF),对材料的制备条件进行优化,包括SI-ATRP的反应时间和胺化反应时间,并利用扫描电子显微镜SEM、红外光谱FTIR、X射线电子能谱XPS等对材料化学构成进行表征,证明了ACF材料表面成功接枝胺基,XPS还证明了ACF材料与Cu~(2+)之间的吸附通过N和Cu络合而进行的,研究胺化棉纤维(ACF)对Cu~(2+)和Cd~(2+)的吸附动力学、吸附等温线、pH值影响以及对Cu~(2+)的检测特性研究。研究表明,在pH为5时,ACF对Cu~(2+)理论最大吸附量1.8406 mmol/g,同时通过ACF-Cu的吸光率和Cu~(2+)的初始浓度之间的线性关系建立标准曲线,可用于简单快速测定水体Cu~(2+)的浓度。在pH为7时,质子化作用减弱,ACF材料对Cd~(2+)有理论最大吸附容量为1.5723 mmol/g。(2)使用SI-ATRP技术研究制备卟啉功能棉纤维(CPT),对材料的SI-ATRP的反应时间、TMPyP最佳浓度等条件进行优化;研究CPT材料对Cd~(2+)的吸附动力学、吸附等温线、pH值影响以及对Cd~(2+)的检测特性研究。研究表明,Cd~(2+)和卟啉之间的特殊络合(坐在卟啉环的核上)反应使CPT材料对Cd~(2+)表现出快速(2 min)检测并伴随有明显的颜色变化从褐色到深绿色。在pH为7时,通过CPT-Cd的吸光率和Cd~(2+)的浓度之间的线性关系,用于简单快速测定Cd~(2+)的浓度。CPT材料在较宽的浓度范围对Cd~(2+)表现出增强的吸附,符合Langmuir模型,表明吸附模型是单层吸附,有理论最大吸附容量0.8638 mmol/g。热力学性质表明吸附过程在较高温度时是自发进行的过程,表明吸附过程为吸热反应。(3)在ACF和CPT材料的基础上,使用SI-ATRP技术研究制备有两段聚合物刷修饰的棉纤维材料(Cotton-PGMA(DETA)-PSMP-TMPyP,CPDPT),研究吸附增强的CPDPT对Cd~(2+)的吸附动力学、吸附等温线、pH值影响以及对Cd~(2+)的检测特性研究。利用扫描电子显微镜SEM、红外光谱FTIR、X射线电子能谱XPS等对材料化学构成进行表征,XPS证明了CPDPT材料表面成功接枝胺基和TMPyP。研究表明,CPDPT材料对Cd~(2+)在表现出快速显色,吸光率在10 min内能达到饱和的90%,在pH为7时,顺利建立CPDPT-Cd的吸光率和Cd~(2+)的浓度之间的线性关系,用于简单快速测定Cd~(2+)的浓度。CPDPT材料在较宽的浓度范围对Cd~(2+)表现出增强的吸附,符合Langmuir模型,并有理论最大吸附容量1.6215 mmol/g。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：深圳大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：X832;O647.3

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