功能化Fe 3 O 4 @PAMAM纳米复合材料的制备及其对重金属离子的去除
发布时间：2022-01-06 17:27
水体中重金属污染是当今世界范围内最严重的环境问题之一。在众多水体重金属离子去除技术中,磁性固相吸附技术因其易于操作、成本低、去除效率高、无二次污染,且便于分离、再生和重复利用等特点而具有广阔的应用前景。然而现有的磁性固相吸附材料因普遍存在形貌不佳、磁性能和功能化效果差等缺陷导致其吸附容量低、选择性较差,而限制了该技术的应用。因此,研究具有高吸附容量和良好选择性的高效磁性吸附材料对于发展磁固相吸附去除重金属离子技术,治理和改善环境污染具有十分重要的意义。本文在综合论述重金属污染物吸附去除和磁性吸附材料研究现状的基础上,利用Fe3O4的磁特性及PAMAM的结构特点,通过结构设计、工艺优化,制备出一系列功能化的Fe3O4@PAMAM纳米复合材料,并考察其对水中Cu（Ⅱ）、Pb（Ⅱ）、Cd（Ⅱ）和Hg（Ⅱ）的吸附行为、选择性和再生性。研究为新型重金属去除技术的开发提供重要的理论基础。主要研究内容及结果如下:（1）功能化零维Fe3O4@PAMAM纳米复合材料制备。以...
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?ＰＡＭＡＭ的分子结构示意图（Ｇ２．０）??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｍｏｌｅｃｕｌａｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＰＡＭＡＭ?（Ｇ２．０）??
由于水中有毒重金属离子在江河湖泊中被稀释，常常会以痕量或超痕??量的形式存在，尽管现代分析仪器（如：电感耦合等离子体质谱／原子发射光谱仪??ＩＣＰ－ＭＳ／ＯＥＳ）已具备较高的灵敏度，但为了能准确地追踪和监测水中的重金属离??子，在测量之前需要先通过适宜的前处理技术分离和富集待测样中的重金属离子，??在目前已有的众多前处理技术中以吸附材料为基础的固相萃取技术应用尤其广??泛［６６＃］，但传统吸附材料存在的效率低、操作过程繁琐、吸附剂用量大、固态杂??质不易分离以及吸附材料循环性差等问题也极大地限制了固相萃取技术的多领??域应用。??因此，很有必要开发出一种新的高吸附容量、高选择性、高稳定性而又便于??分离和再生的吸附剂材料。??１．２．１磁性吸附材料研究现状??针对吸附剂材料在重金属吸附和检测中不易回收、吸附性差等问题，近年来，??以吸附功能材料与磁性材料为基础制备出的磁性吸附材料在重金属离子的吸附??和检测方面开始得到广泛研究和应用。??
复合材料不仅易操作、低成本、易于分离、再生和再利用，同时也兼具了高吸附??容量和选择性等优点Ｉ１８，８５，％，这些特点使其成为非常有应用前景的一类新型吸附??剂材料。其基本结构如图１．３所示，一般是以具有良好磁性能的磁性材料为核，??表面修饰具有特定活性功能基团的有机聚合物壳层。众多的研究表明磁性纳米复??合材料的吸附性能，比如吸附容量、选择吸附性能等，与有机聚合物壳层所携带??的活性基团种类密切相关［８７＿８９］，例如有报道指出含硫基团对于Ｈｇ（ＩＩ）离子具有很??强的选择吸附性［９（＞］。??常见磁性纳米复合材料吸附剂表面功能基团有氨基（－ＮＨ２）、羧基（－ＣＯＯＨ）、??含硫基团（－ＳＨ、－Ｓ０３Ｈ等）和羟基（－ＯＨ）等。这些基团通过配位络合、离子交换、??静电吸引等作用形式吸附重金属离子，在利用携带特定基团的有机聚合物材料包??覆改性制得的磁性吸附材料可对水中重金属离子有选择地吸附。吸附材料表面功??能基团的性质，决定了其吸附机理及对不同离子的选择吸附性。??那些含氮的功能基团既可通过配位络合和静电吸引作用吸附阳离子重金属??离子（例如Ｃｕ（ＩＩ）、Ｐｂ（ＩＩ）、Ｃｄ（ＩＩ）等），也可通过静电吸引作用吸附阴离子重金属??离子（例如Ｃｒ（ＶＩ）和Ａｓ（Ｖ）等）。这类基团的吸附特性与溶液ｐＨ条件有很大的关联。??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于树状大分子纳米载体的化疗及基因治疗在肿瘤治疗中的应用（英文）[J]. 姜雷,周森森,张小可,武伟,蒋锡群. Science China Materials. 2018(11)
[2]重金属废水吸附处理的研究进展[J]. 刘金燕,刘立华,薛建荣,吕超强,李童,胡博强. 环境化学. 2018(09)
[3]新型吸附剂处理水体中重金属离子的研究进展[J]. 陈佑宁,赵维,曹蕾. 化学工程师. 2016(11)
[4]聚多巴胺表面改性技术在分离科学领域中的应用[J]. 柴微波,王会娟,安学涵,丁国生. 色谱. 2016(11)
[5]Fe3O4基多功能磁性纳米颗粒吸附重金属研究进展[J]. 刘旸,赵雪松,潘学军,陈波. 水处理技术. 2014(12)
[6]多胺类螯合吸附剂对重金属离子吸附分离的研究进展?[J]. 徐超,刘福强,凌晨,陈达,朱长青,李爱民. 离子交换与吸附. 2014(01)
[7]功能化纳米Fe3O4磁性材料的制备及其对水中重金属离子的去除[J]. 谭丽莎,孙明洋,胡运俊,程丽华,徐新华. 化学进展. 2013(12)
[8]磁性Fe3O4@PS@PAMAM-Ag复合催化粒子的制备及其可再生催化性能（英文）[J]. 党高飞,石艳,付志峰,杨万泰. 催化学报. 2012(04)
[9]纳米四氧化三铁的化学制备方法研究进展[J]. 马千里,董相廷,王进贤,刘桂霞,于文生. 化工进展. 2012(03)
[10]PAMAM树状大分子在水处理中的应用研究进展[J]. 郭容男,郭秀生,于德梅,胡加娟. 化工进展. 2012(03)
博士论文
[1]新型吸附材料的制备及对重金属离子和染料吸附性能研究[D]. 师兰.吉林大学 2014
[2]聚合物基新型复合吸附材料的制备及对水体中重金属污染物的吸附性能研究[D]. 李晓丽.兰州大学 2013
[3]新型功能化固相萃取材料的制备及其对环境中痕量金属离子的富集分离应用[D]. 田华.兰州大学 2012
[4]新型功能化吸附材料的制备及其分离富集痕量组分的应用研究[D]. 姜娜.兰州大学 2009
[5]四氧化三铁纳米颗粒及其复合物的制备和研究[D]. 张玲.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]尖晶石型多孔块体的制备及其对有机染料的吸附性能研究[D]. 尹朋岸.浙江大学 2018
[2]SiO2基固态胺吸附剂的制备及其二氧化碳吸附性能研究[D]. 丁力.浙江大学 2017
[3]四氧化三铁微球的制备和表征[D]. 王翔.南京大学 2016
[4]多巴胺修饰制备表面化学镀铜复合材料的研究[D]. 胡佳勋.华南理工大学 2016
[5]pH敏感型磁性纳米树状大分子材料的制备及其性能研究[D]. 许珊珊.南京理工大学 2015
[6]磁性纳米粒子的多巴胺仿生修饰及金属化的研究[D]. 李倩.北京化工大学 2013
[7]磁性核壳纳米材料的可控制备及其净水性能的研究[D]. 赵东媛.河北师范大学 2013
[8]多巴胺对炭黑/CNTs的表面功能化修饰的研究[D]. 朱丽君.北京化工大学 2012
[9]GNS/MnO2吸附剂去除废水中重金属离子的实验研究[D]. 颜妮.哈尔滨工程大学 2011
[10]纳米级四氧化三铁的制备及其性质研究[D]. 刘滨.河北师范大学 2005
本文编号：3572870
【文章来源】：浙江大学浙江省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：149 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．１?ＰＡＭＡＭ的分子结构示意图（Ｇ２．０）??Ｆｉｇ．?１．１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｍｏｌｅｃｕｌａｒ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ＰＡＭＡＭ?（Ｇ２．０）??
由于水中有毒重金属离子在江河湖泊中被稀释，常常会以痕量或超痕??量的形式存在，尽管现代分析仪器（如：电感耦合等离子体质谱／原子发射光谱仪??ＩＣＰ－ＭＳ／ＯＥＳ）已具备较高的灵敏度，但为了能准确地追踪和监测水中的重金属离??子，在测量之前需要先通过适宜的前处理技术分离和富集待测样中的重金属离子，??在目前已有的众多前处理技术中以吸附材料为基础的固相萃取技术应用尤其广??泛［６６＃］，但传统吸附材料存在的效率低、操作过程繁琐、吸附剂用量大、固态杂??质不易分离以及吸附材料循环性差等问题也极大地限制了固相萃取技术的多领??域应用。??因此，很有必要开发出一种新的高吸附容量、高选择性、高稳定性而又便于??分离和再生的吸附剂材料。??１．２．１磁性吸附材料研究现状??针对吸附剂材料在重金属吸附和检测中不易回收、吸附性差等问题，近年来，??以吸附功能材料与磁性材料为基础制备出的磁性吸附材料在重金属离子的吸附??和检测方面开始得到广泛研究和应用。??
复合材料不仅易操作、低成本、易于分离、再生和再利用，同时也兼具了高吸附??容量和选择性等优点Ｉ１８，８５，％，这些特点使其成为非常有应用前景的一类新型吸附??剂材料。其基本结构如图１．３所示，一般是以具有良好磁性能的磁性材料为核，??表面修饰具有特定活性功能基团的有机聚合物壳层。众多的研究表明磁性纳米复??合材料的吸附性能，比如吸附容量、选择吸附性能等，与有机聚合物壳层所携带??的活性基团种类密切相关［８７＿８９］，例如有报道指出含硫基团对于Ｈｇ（ＩＩ）离子具有很??强的选择吸附性［９（＞］。??常见磁性纳米复合材料吸附剂表面功能基团有氨基（－ＮＨ２）、羧基（－ＣＯＯＨ）、??含硫基团（－ＳＨ、－Ｓ０３Ｈ等）和羟基（－ＯＨ）等。这些基团通过配位络合、离子交换、??静电吸引等作用形式吸附重金属离子，在利用携带特定基团的有机聚合物材料包??覆改性制得的磁性吸附材料可对水中重金属离子有选择地吸附。吸附材料表面功??能基团的性质，决定了其吸附机理及对不同离子的选择吸附性。??那些含氮的功能基团既可通过配位络合和静电吸引作用吸附阳离子重金属??离子（例如Ｃｕ（ＩＩ）、Ｐｂ（ＩＩ）、Ｃｄ（ＩＩ）等），也可通过静电吸引作用吸附阴离子重金属??离子（例如Ｃｒ（ＶＩ）和Ａｓ（Ｖ）等）。这类基团的吸附特性与溶液ｐＨ条件有很大的关联。??８??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于树状大分子纳米载体的化疗及基因治疗在肿瘤治疗中的应用（英文）[J]. 姜雷,周森森,张小可,武伟,蒋锡群. Science China Materials. 2018(11)
[2]重金属废水吸附处理的研究进展[J]. 刘金燕,刘立华,薛建荣,吕超强,李童,胡博强. 环境化学. 2018(09)
[3]新型吸附剂处理水体中重金属离子的研究进展[J]. 陈佑宁,赵维,曹蕾. 化学工程师. 2016(11)
[4]聚多巴胺表面改性技术在分离科学领域中的应用[J]. 柴微波,王会娟,安学涵,丁国生. 色谱. 2016(11)
[5]Fe3O4基多功能磁性纳米颗粒吸附重金属研究进展[J]. 刘旸,赵雪松,潘学军,陈波. 水处理技术. 2014(12)
[6]多胺类螯合吸附剂对重金属离子吸附分离的研究进展?[J]. 徐超,刘福强,凌晨,陈达,朱长青,李爱民. 离子交换与吸附. 2014(01)
[7]功能化纳米Fe3O4磁性材料的制备及其对水中重金属离子的去除[J]. 谭丽莎,孙明洋,胡运俊,程丽华,徐新华. 化学进展. 2013(12)
[8]磁性Fe3O4@PS@PAMAM-Ag复合催化粒子的制备及其可再生催化性能（英文）[J]. 党高飞,石艳,付志峰,杨万泰. 催化学报. 2012(04)
[9]纳米四氧化三铁的化学制备方法研究进展[J]. 马千里,董相廷,王进贤,刘桂霞,于文生. 化工进展. 2012(03)
[10]PAMAM树状大分子在水处理中的应用研究进展[J]. 郭容男,郭秀生,于德梅,胡加娟. 化工进展. 2012(03)
博士论文
[1]新型吸附材料的制备及对重金属离子和染料吸附性能研究[D]. 师兰.吉林大学 2014
[2]聚合物基新型复合吸附材料的制备及对水体中重金属污染物的吸附性能研究[D]. 李晓丽.兰州大学 2013
[3]新型功能化固相萃取材料的制备及其对环境中痕量金属离子的富集分离应用[D]. 田华.兰州大学 2012
[4]新型功能化吸附材料的制备及其分离富集痕量组分的应用研究[D]. 姜娜.兰州大学 2009
[5]四氧化三铁纳米颗粒及其复合物的制备和研究[D]. 张玲.上海交通大学 2007
硕士论文
[1]尖晶石型多孔块体的制备及其对有机染料的吸附性能研究[D]. 尹朋岸.浙江大学 2018
[2]SiO2基固态胺吸附剂的制备及其二氧化碳吸附性能研究[D]. 丁力.浙江大学 2017
[3]四氧化三铁微球的制备和表征[D]. 王翔.南京大学 2016
[4]多巴胺修饰制备表面化学镀铜复合材料的研究[D]. 胡佳勋.华南理工大学 2016
[5]pH敏感型磁性纳米树状大分子材料的制备及其性能研究[D]. 许珊珊.南京理工大学 2015
[6]磁性纳米粒子的多巴胺仿生修饰及金属化的研究[D]. 李倩.北京化工大学 2013
[7]磁性核壳纳米材料的可控制备及其净水性能的研究[D]. 赵东媛.河北师范大学 2013
[8]多巴胺对炭黑/CNTs的表面功能化修饰的研究[D]. 朱丽君.北京化工大学 2012
[9]GNS/MnO2吸附剂去除废水中重金属离子的实验研究[D]. 颜妮.哈尔滨工程大学 2011
[10]纳米级四氧化三铁的制备及其性质研究[D]. 刘滨.河北师范大学 2005
本文编号：3572870
本文链接：https://www.wllwen.com/shengtaihuanjingbaohulunwen/3572870.html
