功能化天然生物材料对铜、砷的吸附及应用研究

【摘要】随着社会的发展进步,人们在工农业生产中排放的污染物急剧增加。其中重金属污染物因具有稳定的物理、化学和生物性质,在自然界中极难降解,并且可通过食物链在生物体内富集,破坏生物体正常代谢活动,对生物体具有严重危害。因此,环境介质中重金属污染物的去除成为环境科学领域中的一个重要课题。近年来,具有来源广、成本低、能耗小、环境友好的生物吸附剂在污染物的去除中备受关注。但天然生物材料与其他吸附剂(如纳米材料)相比,对污染的吸附能力较差,吸附量较小。鉴于此,对天然生物材料进行功能化改性,成为提高其对污染物的吸附去除能力的有效途径之一。我们分别制备了功能化的蛋壳膜和蚕丝,并探索了它们对水溶液中的铜、砷污染物的吸附行为,考察了它们在实际应用中的潜能。1.制备了聚乙烯亚胺功能化的蛋壳膜(PEI-ESM),并将固相萃取法与原子吸收光谱法联用,建立了分析检测环境水样和食品样本中的铜的方法。实验优化得到的固相萃取条件为：洗脱剂盐酸的浓度和体积分别为0.5molL-1和6mL,溶液初始pH值为5.0、样品流速4nLmin-1、吸附剂的用量500mg、样品体积为600mL时,PEI-ESM对Cu2+的富集效率最高。并在此条件下测定了分析方法的相关参数,分析方法的线性范围为0.4-200μgL-1,Cu2+的检测限(3a)和富集倍数分别为0.15μgL-1和100,相对标准偏差为2.0%。最后,将本实验建立的分析方法用于检测自来水、嘉陵江水等环境水样和鸡肉、虾肉、鱼肉等食品样本,结果表明PEI-ESM固相萃取-原子吸收光谱法适用于检测痕量的铜,Cu2+的加标回收率在90.4%-110.7%之间。2.制备了聚乙烯亚胺功能化的蚕丝(PEI-SF),通过ATR-FTIR,SEM等对材料进行了表征,并将其应用于吸附去除水溶液中的Cu2+,并探讨了PEI浓度、溶液初始pH值、温度、共存物质等因素对吸附的影响,并对PEI-SF吸附Cu2+的过程的吸附动力学和吸附等温曲线进行了研究。实验结果表明：PEI-SF吸附Cu2+的吸附量随着制备材料时PEI浓度的增加而增加,在PEI浓度为10gL-1后不再有明显变化。整个吸附过程符合Langmuir吸附等温式和准二级吸附动力学,PEI-SF对Cu2+的理论最大吸附量为22.99mgg-1,是脱胶蚕丝的三倍。3.制备了巯基功能化的蛋壳膜(TESM),并用于研究了其对水溶液中As(V)的吸附性能。实验结果表明,TESM能够有效吸附水中的As(V),温度对吸附效果几乎没有影响,而在pH值为8.0时吸附效果最好,增加或减小溶液初始pH值均不利于吸附的进行。TESM对As(V)的吸附符合Langmuir吸附模型和准二级动力学模型,理论最大吸附量为21.51mgg-1。
【作者】邹雪；
【导师】黄玉明；
【作者基本信息】西南大学，分析化学，2014，硕士
【关键词】天然生物材料；功能化；蛋壳膜；蚕丝；重金属；

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