【摘要】：随着我国经济的快速发展,环境大气、水体及土壤中的重金属污染日趋严重,重金属污染问题已成为制约我国社会经济发展和影响人们健康的重要因素之一。由于环境中只要有微量的重金属即可产生毒性效应,因此对于环境样品中痕量重金属的分离、富集和检测具有重要意义。分子印迹技术是近年来国内外得到迅速发展的新型分子识别技术,利用该技术合成的分子印迹聚合物具有选择性高、稳定性好、使用寿命长以及应用范围广等优点,可高选择性地区分印迹分子及其结构类似物。目前,分子印迹技术已在生命科学、环境检测、天然药物以及食品工业等领域得到广泛应用。本文以建立痕量重金属离子的分离富集检测新方法为目的,合成了几种重金属镉和铅离子印迹聚合物作为固相萃取材料,对合成的离子印迹聚合物的结构进行了表征,系统研究了它们对模板离子的选择吸附性能,同时对铅离子表面印迹吸附剂分离识别过程的动力学和热力学进行了探讨,对不同合成方法制得的铅离子印迹吸附剂的性能进行了比较分析,得到的创新性研究成果主要有如下几个方面: 1.采用悬浮聚合技术,以甲基丙烯酸(MAA)为单体,合成了Cd(Ⅱ)离子印迹聚合物,研究了交联剂、反应温度和原料配比对合成产物分离性能的影响,系统研究了镉离子印迹聚合物对Cd(Ⅱ)的结合性质和选择吸附性能。结果表明,采用乙二醇二甲基丙烯酸酯作为交联剂,合成的产物粒径均匀并有一定的机械强度;温度为70℃,模板离子∶功能单体∶交联剂的摩尔比为1∶4∶20时合成的产物有较高的结合量和选择性;Cd(Ⅱ)离子印迹聚合物对Cd(Ⅱ)的最大饱和吸附量是12.6 mg·g~(-1);在Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)存在下,其相对选择性因子分别为3.3和3.5。在此基础上,利用Cd(Ⅱ)离子印迹聚合物作为固相萃取剂,建立了分离富集测定痕量Cd(Ⅱ)的分析新方法,检出限为0.76μg·L~(-1)。该方法操作简便、快速、选择性好,为环境样品中痕量Cd(Ⅱ)的测定提供了一条新途径。 2.采用表面印迹方法结合溶胶-凝胶过程,在中孔硅表面上印迹合成了Pb(Ⅱ)离子表面印迹中孔吸附剂,并采用红外、比表面孔分布测定仪对其进行了结构和表面性能表征。考察了Pb(Ⅱ)离子表面印迹吸附剂的吸附速率、吸附容量以及吸附选择性。研究表明,Pb(Ⅱ)离子表面印迹中孔吸附剂对水溶液中Pb(Ⅱ)的吸附速率很快,吸附量较大,最大吸附量为221 mg·g~(-1)。建立了以该吸附剂作为固相萃取剂,结合火焰原子吸收分光光度法的分离富集测定水样中Pb(Ⅱ)的新方法。该方法检出限低,选择性好,可应用于复杂环境样品中Pb(Ⅱ)的痕量分析。 3.研究了Pb(Ⅱ)离子表面印迹中孔吸附剂对Pb(Ⅱ)离子吸附的动力学及热力学行为,结果发现,Pb(Ⅱ)离子表面印迹吸附剂对溶液中Pb(Ⅱ)的吸附速率很快,吸附过程符合拟二级动力学方程;溶液中模板离子浓度高时的吸附速率高于浓度低时的吸附速率;高浓度时,液膜扩散成为吸附速率的主控步骤,而在低浓度时吸附速率主要受颗粒内扩散步骤控制;Pb(Ⅱ)离子表面印迹吸附剂对溶液中Pb(Ⅱ)的吸附符合Langmuir等温吸附方程,表明该吸附过程以单分子层的化学吸附为主;吸附热力学研究结果显示,Pb(Ⅱ)离子表面印迹吸附剂吸附Pb(Ⅱ)的吸附焓ΔH~0大于0,表明吸附是一个吸热过程;各种条件下ΔG~0都小于0,而ΔS~0都大于0,说明该吸附分离过程是能够自发进行的。 4.采用双印迹溶胶-凝胶法,以Pb(Ⅱ)和表面活性剂CTAB为双模板剂,制备了Pb(Ⅱ)离子印迹杂化吸附剂,探讨了各种合成条件对产物性能的影响,采用傅立叶红外光谱和比表面孔分布测定仪对其结构和表面性能进行了表征,系统研究了pH、吸附时间等因素对分离富集Pb(Ⅱ)的影响以及双印迹吸附剂在最佳条件下对水溶液中Pb(Ⅱ)的吸附能力和选择性。与其它印迹材料和非印迹吸附剂相比,双印迹吸附剂具有更高的吸附容量和选择性,在Cd(Ⅱ)存在下,Pb(Ⅱ)/Cd(Ⅱ)的相对选择性系数α_r＞100。吸附剂稳定,在吸附-脱附5次后,双印迹吸附剂的吸附能力没有明显降低。利用双印迹吸附剂作为固相萃取剂,建立了一种简便、准确测定Pb(Ⅱ)的方法。测定过程所需试剂少,减少了对样品的污染和转化损失,可直接用于环境样品中Pb(Ⅱ)的测定。
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X50
【参考文献】
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本文编号：
2798609
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