多齒狀配體修飾硅膠的合成及其對(duì)重金屬吸附性能研究.pdf

1、環(huán)境重金屬污染形式日益嚴(yán)峻,如何對(duì)其進(jìn)行有效的治理引起了人們的廣泛關(guān)注。其中重金屬吸附法具有操作簡(jiǎn)單、環(huán)境友好等優(yōu)點(diǎn)而使用廣泛。脂肪多胺類(lèi)螯合吸附劑對(duì)金屬離子具有較好的吸附性能,而且還可以利用胺基進(jìn)一步衍生交聯(lián)其他功能基團(tuán)(酯基、羧基等),獲得性能更佳、特異性更強(qiáng)的螯合吸附劑。將長(zhǎng)鏈狀脂肪多胺鍵合到硅膠表面的研究已有報(bào)道,但不同研究者合成的不同鏈長(zhǎng)脂肪多胺修飾硅膠對(duì)金屬離子吸附的選擇性規(guī)律不盡相同,甚至有很大差異,還有待于深入研究。

2、r>　　鑒于脂肪多胺修飾硅膠以胺基作為唯一的螯合功能基團(tuán),結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單、所含配位原子單一,尚需進(jìn)一步修飾其它功能基團(tuán)以滿(mǎn)足實(shí)際應(yīng)用的需要。在其表面進(jìn)一步接枝多齒狀配體能夠顯著提高對(duì)重金屬離子的螯合吸附能力,目前已有相關(guān)報(bào)道,但是利用胺化硅膠分別接枝丙烯酸甲酯基、羧甲基和二硫代胺基甲酸等3種多齒狀配體尚缺乏系統(tǒng)的研究,特別是利用脂肪多胺修飾硅膠表面的伯胺接枝水楊醛后,再利用其仲胺分別接枝丙烯酸甲酯、羧甲基和二硫代胺基的研究目前還未見(jiàn)報(bào)道。

3、
　　鑒于此,本文以硅膠為固相載體,不同鏈長(zhǎng)的脂肪多胺為修飾基團(tuán),合成4種脂肪多胺修飾硅膠,研究了對(duì)重金屬的吸附性能,并篩選出2種對(duì)重金屬離子具有較大吸附量的胺化硅膠(二乙烯三胺化硅膠和四乙烯五胺化硅膠)。接著分別以這2種胺化硅膠以及這2種硅膠接枝水楊醛后的產(chǎn)物為起始材料,在其表面分別引入丙烯酸甲酯基、羧甲基和二硫代胺基甲酸,共合成12種含有多齒狀功能基團(tuán)的螯合吸附材料,比較研究其對(duì)重金屬離子的吸附性能,篩選出對(duì)特定重金屬離子具有

4、較大飽和吸附量和較強(qiáng)親和力的材料SG-TSD,比較了其和常用吸附劑(活性炭和膨潤(rùn)土)對(duì) Hg2+吸附能力的強(qiáng)弱,并對(duì)其用于環(huán)境重金屬污染治理進(jìn)行了初步探索。本文研究的主要內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)分別合成了乙二胺、二乙烯三胺、三乙烯四胺和四乙烯五胺修飾硅膠。4種胺化硅膠對(duì)Pb2+的吸附量大于Cu2+和Zn2+的吸附量,最適pH為4~6。4種胺化硅膠對(duì)Pb2+的吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程良好地符合Boyd液膜擴(kuò)散和擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,吸附熱力學(xué)

5、過(guò)程良好地符合 Langmuir模型。隨著脂肪多胺鏈長(zhǎng)的增加,4種胺化硅膠對(duì) Pb2+的吸附速率和吸附量呈現(xiàn)“奇數(shù)胺”增強(qiáng)效應(yīng),對(duì) Pb2+吸附的親和常數(shù)則依次減小。
　　(2)以二乙烯三胺化硅膠和水楊醛化的二乙烯三胺化硅膠為起始材料,以丙烯酸甲酯基、羧甲基和二硫代氨基甲酸作為修飾基團(tuán),合成了6種含有多齒狀功能基團(tuán)的吸附材料,它們對(duì)Pb2+、Hg2+、Cu2+、Zn2+和Cd2+的均有吸附作用。其中,2種含有二硫代氨基甲酸的材料(

6、SG-AD和SG-ASD)對(duì)Pb2+和Hg2+的吸附動(dòng)力學(xué)過(guò)程符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型,吸附熱力學(xué)過(guò)程符合Langmuir等溫吸附模型。其中,SG-AD對(duì)Hg2+的吸附量最大,為188.7 mg/g。含有兩種配體(水楊醛和二硫代氨基甲酸)的SG-ASD對(duì)Hg2+的親和力常數(shù)(KA)最大。
　　(3)以四乙烯五胺化硅膠和水楊醛化的四乙烯五胺化硅膠為起始材料,以丙烯酸甲酯基、羧甲基和二硫代氨基甲酸作為修飾基團(tuán),合成了6種含有多齒狀功能基團(tuán)

7、的吸附材料。它們對(duì)Pb2+、Hg2+、Cu2+、Zn2+和Cd2+的吸附規(guī)律和吸附規(guī)律與多齒狀配體修飾二乙烯三胺化硅膠的一致,其中,SG-TD對(duì)Hg2+的吸附量最大,為227.3 mg/g,比SG-AD高20.5％;含有兩種多齒狀配體的SG-TSD(二硫代胺基甲酸和希夫堿)對(duì)Hg2+的親和力常數(shù)也比SG-ASD大。競(jìng)爭(zhēng)脫除SG-TSD吸附 Hg2+的50%時(shí),活性炭和膨潤(rùn)土的用量分別是 SG-TSD的2.9和6.9倍。SG-TSD達(dá)0.

8、57 g/L時(shí),對(duì)沼澤紅假單胞菌CQV97和海洋著色菌283-1的生長(zhǎng)和色素合成的影響較小,但能夠明顯降低 Hg2+對(duì)這兩種光合細(xì)菌的生長(zhǎng)和色素合成的抑制作用。
　　綜上所述:4種胺化硅膠對(duì)Pb2+的吸附速率和吸附量呈現(xiàn)“奇數(shù)胺”增強(qiáng)效應(yīng),對(duì)Pb2+吸附的親和常數(shù)則依次減小;胺化硅膠接枝二硫代胺基甲酸后對(duì)Hg2+的吸附量明顯升高;胺化硅膠同時(shí)接枝二硫代氨基甲酸和希夫堿后對(duì) Hg2+的親和力明顯增強(qiáng)。SG-TSD能夠顯著減輕Hg2+