普鲁士蓝功能材料合成及铯离子吸附性能研究

发布时间：2017-11-02 03:29

  本文关键词：普鲁士蓝功能材料合成及铯离子吸附性能研究

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【摘要】：随着社会经济的发展,人类对能源的需求日益增加。为了解决能源短缺和环境污染的问题,近年来各国的核电事业飞速发展。然而核电站会产生大量的放射性废料,若处理不当将会危及周边甚至全球环境和人类健康。作为放射性废液的主要组分,137Cs具有较长的半衰期(30年)、高挥发性、高活性及高溶解性等特点。2011年,福岛核电站事故造成大量的放射性废液泄漏,其中137Cs的泄漏和污染尤为严重。因此,研究新材料和技术用于有效去除水体中的铯离子具有重要的战略意义。众所周知,普鲁士蓝及其类似物对铯离子有着很强的结合力。在切尔诺贝利核事故期间,普鲁士蓝就已经被有效运用在处理铯离子泄漏中。本论文拟利用普鲁士蓝对铯离子较强的结合能力,合成新型普鲁士蓝功能化的复合材料,并考察其对铯离子的吸附分离性能。本论文的具体研究如下:(1)点击反应合成普鲁士蓝衍生物修饰的介孔材料用于铯离子的吸附首先合成普鲁士蓝衍生物五氰基(4-乙烯基吡啶)亚铁配合物,将其作为与巯基反应的功能化试剂。在室温水溶液中,通过带巯基的SBA-15与普鲁士蓝衍生物之间的光引发巯基-双键点击反应合成普鲁士蓝衍生物功能化的SBA-15。通过透射电镜和比表面积测试证明成功合成介孔材料,且修饰前后介孔结构保持不变,比表面积从487 m2/g减小到277 m2/g,而孔径从8.7 nm减小到5.8 nm。X射线粉末衍射表明普鲁士蓝衍生物是无定型态的结构存在于介孔中。XPS谱图Cs3d5和Cs3d3峰的出现证明铯离子吸附在了SBA-15@FC的表面。研究了接触时间、共存离子、不同普鲁士蓝衍生物百分比以及铯离子初始浓度等因素对介孔材料吸附性能的影响。普鲁士蓝衍生物百分比越高,吸附容量越大。吸附动力学结果表明吸附过程遵循二级动力学过程,为化学吸附过程。吸附可以在2小时内达到平衡,298.15 K温度下通过朗格缪尔吸附模型计算出其最大吸附量(qmax)为13.90 mg/g,高于文献报道的吸附容量。SBA-15@FC再生重复利用五次后仍具有较高的吸附效率。因此,这种普鲁士蓝衍生物功能化的介孔材料在去除水体中铯离子方面具有很好的应用前景。(2)普鲁士蓝温敏聚合物合成及铯离子吸附性能研究首先合成普鲁士蓝衍生物五氰基(4-乙烯基吡啶)亚铁配合物(VPFC),用于共聚合反应。其为共聚单体与甲基丙烯酰乙基磺基甜菜碱(SBMA)无规共聚,并加入Fe3+交联,得到普鲁士蓝温敏聚合物。热重分析表明得到的无规共聚物P(SBMA-co-VPFC)中SBMA链段与VPFC链段的摩尔比例大致为1.13:1。通过变温动态光散射得到聚合物的相转变温度UCST为62℃。研究了接触时间、温度对普鲁士蓝温敏聚合物铯离子吸附性能的影响。在pH=7、吸附剂用量为1.0 g/L条件下,温度越高,普鲁士蓝-聚磺基甜菜碱复合吸附剂对铯离子的吸附效果越好。吸附过程遵循二级动力学过程。吸附可以在6小时内达到平衡。这种温敏性无机-高分子复合材料在环境水溶液中铯离子的去除方面具有良好的应用前景。
【关键词】：吸附 铯 普鲁士蓝 SBA-15 温敏聚合物
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;TQ424
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-12
• 第一章 文献综述12-50
• 1 引言12
• 2 铯离子性质及分离方法12-22
• 2.1 铯离子的来源和性质12-13
• 2.2 铯离子富集分离的方法13-15
• 2.3 铯离子吸附材料15-22
• 3 温敏性高分子的应用22-25
• 3.1 检测与吸附领域的应用23-24
• 3.2 生物医学领域的应用24-25
• 3.3 化学催化领域的应用25
• 4 介孔硅基材料改性及应用25-33
• 4.1 介孔材料的制备26
• 4.2 介孔材料的修饰改性26-29
• 4.3 介孔硅基材料在吸附中的应用29-33
• 5 点击反应33-36
• 5.1 巯基-双键点击反应33-34
• 5.2 巯基-双键点击反应的应用34-36
• 6 文献总结36
• 7 本论文设计思路36-38
• 参考文献38-50
• 第二章 点击反应合成普鲁士蓝衍生物修饰的介孔材料用于铯离子的吸附50-75
• 2.1 引言50-51
• 2.2 实验部分51-56
• 2.2.1 原料及试剂51-52
• 2.2.2 测试表征52-53
• 2.2.3 五氰基单氨铁（II）酸钠合成53
• 2.2.4 普鲁士蓝衍生物（五氰基（4-乙烯基吡啶）铁酸钠）合成53
• 2.2.5 介孔硅（SBA-15）合成53-54
• 2.2.6 巯基修饰的介孔硅（SBA-15@SH）的合成54
• 2.2.7 普鲁士蓝衍生物修饰的介孔硅（SBA-15@FC）的合成54-55
• 2.2.8 铯离子吸附实验55-56
• 2.2.9 脱吸附与循环研究56
• 2.3 结果与讨论56-68
• 2.3.1 普鲁士蓝衍生物的表征56-57
• 2.3.2 普鲁士蓝衍生物修饰的介孔硅的表征57-61
• 2.3.3 pH值和吸附剂用量的影响61-62
• 2.3.4 接触时间的影响及吸附动力学研究62-64
• 2.3.5 共存离子的影响64
• 2.3.6 吸附等温线研究64-67
• 2.3.7 脱吸附与再生研究67-68
• 2.3.8 真实样品的应用68
• 2.4 本章小结68-70
• 参考文献70-75
• 第三章 普鲁士蓝温敏聚合物合成及铯离子吸附性能研究75-89
• 3.1 引言75-77
• 3.2 实验部分77-79
• 3.2.1 原料及试剂77
• 3.2.2 测试表征77-78
• 3.2.3 普鲁士蓝衍生物（五氰基（4-乙烯基吡啶）铁酸钠）合成78
• 3.2.4 无规共聚物P(SBMA-co-VPFC) 合成78
• 3.2.5 普鲁士蓝温敏聚合物材料制备78-79
• 3.2.6 普鲁士蓝温敏聚合物材料对铯离子的吸附79
• 3.3 结果与讨论79-85
• 3.3.1 P(SBMA-co-VPFC)的表征79-81
• 3.3.2 普鲁士蓝温敏聚合物的对铯离子的吸附81-84
• 3.3.3 吸附机理探讨84-85
• 3.4 本章小结85-86
• 参考文献86-89
• 第四章 全文总结89-91
• 4.1 本论文的主要研究内容及相应结论如下89-90
• 4.2 论文的创新点90
• 4.3 存在的问题及展望90-91
• 在读期间已发表或录用的论文91-92
• 致谢92-93

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本文编号：1129816