多齒狀配體修飾硅膠的合成及其對重金屬吸附性能研究.pdf

1、環(huán)境重金屬污染形式日益嚴峻,如何對其進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單、環(huán)境友好等優(yōu)點而使用廣泛。脂肪多胺類螯合吸附劑對金屬離子具有較好的吸附性能,而且還可以利用胺基進一步衍生交聯(lián)其他功能基團(酯基、羧基等),獲得性能更佳、特異性更強的螯合吸附劑。將長鏈狀脂肪多胺鍵合到硅膠表面的研究已有報道,但不同研究者合成的不同鏈長脂肪多胺修飾硅膠對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,結(jié)構(gòu)較為簡單、所含配位原子單一,尚需進一步修飾其它功能基團以滿足實際應(yīng)用的需要。在其表面進一步接枝多齒狀配體能夠顯著提高對重金屬離子的螯合吸附能力,目前已有相關(guān)報道,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報道。

3、
　　鑒于此,本文以硅膠為固相載體,不同鏈長的脂肪多胺為修飾基團,合成4種脂肪多胺修飾硅膠,研究了對重金屬的吸附性能,并篩選出2種對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的螯合吸附材料,比較研究其對重金屬離子的吸附性能,篩選出對特定重金屬離子具有

4、較大飽和吸附量和較強親和力的材料SG-TSD,比較了其和常用吸附劑(活性炭和膨潤土)對 Hg2+吸附能力的強弱,并對其用于環(huán)境重金屬污染治理進行了初步探索。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Pb2+的吸附動力學(xué)過程良好地符合Boyd液膜擴散和擬二級動力學(xué)模型,吸附熱力學(xué)

5、過程良好地符合 Langmuir模型。隨著脂肪多胺鏈長的增加,4種胺化硅膠對 Pb2+的吸附速率和吸附量呈現(xiàn)“奇數(shù)胺”增強效應(yīng),對 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,合成了6種含有多齒狀功能基團的吸附材料,它們對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Pb2+和Hg2+的吸附動力學(xué)過程符合擬二級動力學(xué)模型,吸附熱力學(xué)過程符合Langmuir等溫吸附模型。其中,SG-AD對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,合成了6種含有多齒狀功能基團

7、的吸附材料。它們對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Hg2+的親和力常數(shù)也比SG-ASD大。競爭脫除SG-TSD吸附 Hg2+的50%時,活性炭和膨潤土的用量分別是 SG-TSD的2.9和6.9倍。SG-TSD達0.

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