新型吸附分離材料的制備與性能

1、新型吸附分離材料的制備與性能新型吸附分離材料的制備與性能引引 言言吸附法：廣泛應(yīng)用于化工過程、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)藥衛(wèi)廣泛應(yīng)用于化工過程、環(huán)境保護(hù)、醫(yī)藥衛(wèi)生和生物工程等領(lǐng)域生和生物工程等領(lǐng)域在環(huán)境保護(hù)方面：用于去除水中微量污染物、凈化用于去除水中微量污染物、凈化廢氣、回收溶劑（如腐蝕性的氯化烴類化合物、反廢氣、回收溶劑（如腐蝕性的氯化烴類化合物、反應(yīng)性溶劑和低沸點(diǎn)溶劑）等應(yīng)性溶劑和低沸點(diǎn)溶劑）等優(yōu)秀的吸附劑：l吸附能力強(qiáng)吸附能力強(qiáng) 吸附選擇性好吸附選擇性好 吸附平衡濃度低吸附平衡濃度低l機(jī)械強(qiáng)度好機(jī)械強(qiáng)度好 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 容易再生容易再生/再利用再利用 l來源廣、價(jià)廉、使用成本低來源廣、價(jià)

2、廉、使用成本低吸附劑研究現(xiàn)狀吸附劑研究現(xiàn)狀活性炭：化學(xué)再生法（如臭氧再生法）、生物再生法和濕化學(xué)再生法（如臭氧再生法）、生物再生法和濕式氧化再生法是今后活性炭再生方法的發(fā)展方向式氧化再生法是今后活性炭再生方法的發(fā)展方向吸附樹脂：高性能的新型樹脂如磁性樹脂、耐熱樹脂和特高性能的新型樹脂如磁性樹脂、耐熱樹脂和特效吸附樹脂等，便于提高再生效率、擴(kuò)大應(yīng)用范圍效吸附樹脂等，便于提高再生效率、擴(kuò)大應(yīng)用范圍淀粉類：提高其抗生物降解能力和抗氧化能力提高其抗生物降解能力和抗氧化能力纖維素及木質(zhì)素（第一大天然高分子）類：通過化學(xué)改性、通過化學(xué)改性、接枝共聚等提高其吸附性能、再生效率以及抗氧化能力接枝共聚等提高其吸

3、附性能、再生效率以及抗氧化能力殼聚糖類（第二大天然高分子）：接枝共聚化、羧甲基化、接枝共聚化、羧甲基化、酰化、?；?、N-烷基化、酯化、交聯(lián)、氧化烷基化、酯化、交聯(lián)、氧化-還原等反應(yīng)生成一系還原等反應(yīng)生成一系列殼聚糖衍生物，賦予殼聚糖新的性能列殼聚糖衍生物，賦予殼聚糖新的性能其他吸附劑天然有機(jī)材料及改性：花生殼、玉米麩質(zhì)、洋蔥皮、茶葉等天然有機(jī)材料及改性：花生殼、玉米麩質(zhì)、洋蔥皮、茶葉等無機(jī)材料及其改性：粉煤灰、天然沸石、腐殖酸類物質(zhì)、陶土、蒙無機(jī)材料及其改性：粉煤灰、天然沸石、腐殖酸類物質(zhì)、陶土、蒙托石、高嶺石、膨潤土、泥炭、褐煤、硅石、粘土托石、高嶺石、膨潤土、泥炭、褐煤、硅石、粘土1、高選

4、擇性螯合樹脂P、As基團(tuán)修飾樹形螯合樹脂的制備基團(tuán)修飾樹形螯合樹脂的制備及其鈾吸附機(jī)理研究及其鈾吸附機(jī)理研究含鈾廢水的處理方法含鈾廢水的處理方法化學(xué)沉淀法化學(xué)沉淀法優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：操作簡單、費(fèi)用低廉操作簡單、費(fèi)用低廉缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：影響因素多，不同沉淀劑效果相差顯著，影響因素多，不同沉淀劑效果相差顯著， 后續(xù)處理復(fù)雜，產(chǎn)生泥量大，不利于大型應(yīng)用后續(xù)處理復(fù)雜，產(chǎn)生泥量大，不利于大型應(yīng)用膜分離法膜分離法優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：過程連續(xù)，不需進(jìn)一步化學(xué)處理過程連續(xù)，不需進(jìn)一步化學(xué)處理缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：亟需解決的問題有膜材料制備、膜的使亟需解決的問題有膜材料制備、膜的使用壽命、工藝操作用壽命、工藝操作優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：原材料來源廣、

5、成本低，操作工藝簡單原材料來源廣、成本低，操作工藝簡單缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：工業(yè)應(yīng)用方面研究還不夠深入工業(yè)應(yīng)用方面研究還不夠深入生物吸附法生物吸附法溶劑萃取法溶劑萃取法優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：提鈾效率高提鈾效率高缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：消耗大量溶劑，易形成多相態(tài)，且萃取消耗大量溶劑，易形成多相態(tài)，且萃取裝置操作復(fù)雜、要求高，環(huán)境問題裝置操作復(fù)雜、要求高，環(huán)境問題離子交換吸附法離子交換吸附法優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：離子交換劑配位能力強(qiáng)，提鈾效率高離子交換劑配位能力強(qiáng)，提鈾效率高缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：常規(guī)離子交換樹脂對(duì)含鈾廢水選擇性差常規(guī)離子交換樹脂對(duì)含鈾廢水選擇性差優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：PAMAM含有大量含有大量伯氨、叔氨和酰氨基，親伯氨、叔氨和酰氨基，親水性

6、好，眾多孔道，并具水性好，眾多孔道，并具備大分子協(xié)同效應(yīng)備大分子協(xié)同效應(yīng)缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：難于純化、分離，難于純化、分離，不利于循環(huán)利用，且吸附不利于循環(huán)利用，且吸附選擇不高選擇不高 G4-PAMAM親水性樹形分子親水性樹形分子樹形分子（樹形分子（dendrimer）：具有隨代數(shù)具有隨代數(shù)(generation)增增長而呈幾何數(shù)增長的官能長而呈幾何數(shù)增長的官能團(tuán)、幾何對(duì)稱性及內(nèi)部納團(tuán)、幾何對(duì)稱性及內(nèi)部納米空腔米空腔。應(yīng)用于。應(yīng)用于金屬納米金屬納米復(fù)合材料、催化劑、膜材復(fù)合材料、催化劑、膜材料及廢水處理等領(lǐng)域料及廢水處理等領(lǐng)域研究構(gòu)思研究構(gòu)思n解決方案解決方案高選擇性高選擇性的新型的新型螯合樹脂制備螯

7、合樹脂制備：結(jié)合樹脂的分結(jié)合樹脂的分離優(yōu)勢(shì)與樹形分子的吸附優(yōu)勢(shì)，將離優(yōu)勢(shì)與樹形分子的吸附優(yōu)勢(shì)，將親水性親水性樹形分子樹形分子PAMAM固載在大孔樹脂上，用含固載在大孔樹脂上，用含P、As的基團(tuán)修飾樹形分子，的基團(tuán)修飾樹形分子，提高提高其選擇性其選擇性n成果發(fā)表成果發(fā)表nJournal of Hazardous Materials.2013, 263:311nJournal of Radioanalytical and Nuclear Chemistry.2013, 298:1137PS-nG PAMAM-PPA的制備技術(shù)路線的制備技術(shù)路線FT-IR圖(1) PS-0.5G PAMAM; (2)

8、 PS-NH2; (3) PS-PPA; (4) PS-1.0G PAMAM-PPA; (5) PS-2.0 GPAMAM-PPA; (6) PS-3.0G PAMAM-PPA; (7) PS-4.0G PAMAM-PPA 1740cm-1出現(xiàn)較明顯的吸收峰，對(duì)應(yīng)于-COO-的伸縮振動(dòng)。整代PS-1.0G PAMAM-PPA樹脂酯鍵的特征吸收峰消失，證明樹形分子成功接枝于氨樹脂床表面 與PS-1.0G PAMAM-PPA樹脂相比，PS-2.0G PAMAM-PPA到PS-4.0G PAMAM-PPA樹脂的酯鍵的特征吸收峰沒有完全消失。這主要因?yàn)榉肿娱g和分子內(nèi)交聯(lián)產(chǎn)物的形成 PS-nG PAMA

9、M-PPA螯合樹脂在1217cm-1有較強(qiáng)吸收峰，對(duì)應(yīng)于P=O健的特征吸收，而1019和1006 cm-1吸收峰對(duì)應(yīng)于P-OH健的伸縮振動(dòng)合成材料表征合成材料表征PS-nGPAMAM-PPA螯合樹螯合樹脂脂XPS圖及元素含量圖及元素含量 所有樣品中的碳、氧、氮和磷的峰沒有明顯的差異 在531.0eV的峰歸因于C = O 在399.0eV的峰歸因于-NH-中的胺和酰胺 氮含量隨著PS-nG PAMAM-PPA代數(shù)的增加而增加 磷含量隨著PS-nG PAMAM-PPA含量的增加而減少1.0G2.0G3.0G4.0GAt. %Peak BEAt. %Peak BEAt. %Peak BEAt. %P

10、eak BEP0.96133.390.59132.880.32132.440.28132.22C78.64284.7472.2284.7870.42284.7266.76284.75N9.79399.7115.55399.2516.09399.0519.58398.95O10.6531.4811.67530.9713.18530.713.39530.71Ratio of elements for the PS-nGPAMAM-PPA by XPS analysispH對(duì)各樹脂吸附鈾能力的影響樹脂用量樹脂用量對(duì)吸附鈾能力的影響反應(yīng)時(shí)間時(shí)間對(duì)PS-nGPAMAM-PPA在25及對(duì)PS-1.0GPA

11、MAM-PPA在不同溫度溫度下吸附能力的影響材料吸附性能研究材料吸附性能研究adsorbentsT()Pseudo-first-order kineticspseudo-second-order kineticsQe,exp/mg/gR12k1/gmg-1h-1Qe(cal)/mg/gR22k2/gmg-1h-1Qe(cal)/mg/gh/mgg-1h-10.0G 2585.430.80530.7056.180.99960.06287.72478.171.0G 586.200.95120.3175.670.99920.01588.66117.911596.610.91760.3579.940.

12、99820.01797.17160.512599.890.83230.3784.470.99850.02499.61238.133599.970.67830.4086.530.99890.039101.30400.214599.990.57540.4487.500.99890.058101.58598.472.0G 2598.320.83690.3577.620.99580.01899.26177.353.0G 92.510.83250.3466.890.98880.01294.84107.944.0G 54.620.86030.2052.400.98020.007960.4228.84u 實(shí)

13、驗(yàn)所獲Qe(exp)十分接近于擬二級(jí)方程計(jì)算所獲理論Qe(cal)u 吸附動(dòng)力學(xué)擬二級(jí)方程的相關(guān)系數(shù)R20.98擬一級(jí)方程式及擬二級(jí)方程參數(shù)表擬一級(jí)方程式及擬二級(jí)方程參數(shù)表吸附動(dòng)力學(xué)研究吸附動(dòng)力學(xué)研究PS-1.0G PAMAM-PPA吸附熱力學(xué)參吸附熱力學(xué)參數(shù)數(shù)T LnKc(Lg-1)GKJ/molHKJ/molSJ/molKEaKJ/mol51.83-4.72102.90387.1426.48153.35-8.60256.81-12.47358.11-16.34459.21-20.21 吸附吸附G為負(fù)值，說明吸附過程自發(fā)進(jìn)行，且溫為負(fù)值，說明吸附過程自發(fā)進(jìn)行，且溫度升高時(shí)，度升高時(shí)，G的絕對(duì)

14、值增大，說明溫度越高自的絕對(duì)值增大，說明溫度越高自發(fā)的程度越大，溫度越高鈾與吸附位點(diǎn)之間的聯(lián)發(fā)的程度越大，溫度越高鈾與吸附位點(diǎn)之間的聯(lián)系越穩(wěn)定，吸附能力越強(qiáng)系越穩(wěn)定，吸附能力越強(qiáng) 焓變焓變H為正值，吸附過程是吸熱過程為正值，吸附過程是吸熱過程 熵變熵變S值大于零，吸附過程自由度增加值大于零，吸附過程自由度增加 G在所有溫度下為負(fù)值，表明吸附過程是由熵在所有溫度下為負(fù)值，表明吸附過程是由熵而不是焓的變化為主而不是焓的變化為主吸附熱力學(xué)研究吸附熱力學(xué)研究競(jìng)爭(zhēng)離子狀態(tài)下鈾的吸附競(jìng)爭(zhēng)離子狀態(tài)下鈾的吸附IonsThe concentration ratioaAdsorption (%)Na+100095

15、.32K+96.44Mg2+10085.72Ca2+84.45Fe3+1086.275079.94CO32-1055.485037.95Cl-100097.25NO3-98.96 同等濃度條件下，同等濃度條件下，PS-1.0G PAMAM-PPA吸吸附鈾能力比附鈾能力比PS-PPA低，證明引入低，證明引入PAMAM分子后，樹脂易受競(jìng)爭(zhēng)離子的影響分子后，樹脂易受競(jìng)爭(zhēng)離子的影響吸附選擇性吸附選擇性(1)(3)(2)不同溫度下的(1) Langmuir、(2) Freundlich及(3) Tempkin擬合圖等溫吸附等溫吸附T()Langmuir constantsFreundlich param

16、etersTempkin constantsQ0/mg/g b/L/mgR2KF1/nR2bTBT/J/molAT/L/minR2589.750.0760.993349.390.150.75140.869.6516.350.820115101.510.0890.994457.940.130.82540.909.2626.950.879925106.580.0920.992970.060.100.88081.008.29129.220.908835108.370.0980.993671.180.090.87111.018.23162.660.906645110.550.0990.993973.2

17、30.090.83651.028.16236.810.8800 經(jīng)Langmuir吸附等溫線擬合的線性相關(guān)系數(shù)為0.9920.994 飽和吸附量Q0與吸附相關(guān)系數(shù)b與溫度的變化方向一致，呈正相關(guān)，說明高溫有利于吸附動(dòng)態(tài)吸附性能研究動(dòng)態(tài)吸附性能研究 不同樹脂對(duì)鈾吸附的影響：不同樹脂對(duì)鈾吸附的影響：PS-1.0G PAMAM-PPA比PS-PPA先吸附平衡，吸附速率快，吸附效果好，因?yàn)橛袠湫畏种?，其中PAMAM分子內(nèi)部納米空腔及較多的氨基配位增強(qiáng)了吸附能力 不同流速對(duì)鈾吸附的影響：不同流速對(duì)鈾吸附的影響：流速越小，吸附效果越好，流速越大，液體與樹脂間的接觸時(shí)間越短，不利于吸附，且樹脂較易達(dá)到吸附飽

18、和 不同解析劑的解吸結(jié)果：不同解析劑的解吸結(jié)果：10%NaCl、1mol/LHCl單獨(dú)作為解析劑時(shí)，只能解析部分鈾，而當(dāng)兩個(gè)合用時(shí)，解析率較高，解析完全。由于PAMAM的配位基團(tuán)較多，比較穩(wěn)定，PS-PPS較PS-1.0GPAMAM-PPA容易解析 吸附、解吸循環(huán)結(jié)果：吸附、解吸循環(huán)結(jié)果：26個(gè)循環(huán)后，PA-PPA與PS-1.0G PAMAM-PPA的吸附率仍然在90%以上。PA-PPA與PS-1.0G PAMAM-PPA相比，PA-PPA樹脂的吸附效果經(jīng)過多次循環(huán)后較PS-1.0G PAMAM-PPA好，說明樹脂支鏈越短，越穩(wěn)定理論化學(xué)研究理論化學(xué)研究-GaussianR/鍵長鍵長e(U)e

19、(O)D M /Debye1/cm2（sym）/cm-13（asym）/cm-1e(U)e(O)1.7082.070-0.03515.2356 129.26995.221092.62.070-0.035 U-O鍵長鍵長1.708 ，計(jì)算所得的，計(jì)算所得的 U-O 伸縮振動(dòng)在伸縮振動(dòng)在 995.22 和和 1092.6cm-1處出現(xiàn)處出現(xiàn) 電子結(jié)構(gòu)參數(shù)表明鈾酰離子所帶正電荷主要集中在鈾電子結(jié)構(gòu)參數(shù)表明鈾酰離子所帶正電荷主要集中在鈾原子上，兩端的氧原子略帶負(fù)電荷原子上，兩端的氧原子略帶負(fù)電荷 對(duì)鈾酰離子能量計(jì)算得到結(jié)果為對(duì)鈾酰離子能量計(jì)算得到結(jié)果為-201.213572a.u.鈾酰優(yōu)化構(gòu)型鈾酰優(yōu)化

20、構(gòu)型R(UO)/R(UOH2)/R(HO)/(HOH)/e(U)e(O)UO22+ 2H2O1.7052.3131.124 104.6 1.812 0.136 UO22+ 4H2O1.7052.4371.133105.71.714 0.158 UO22+ 5H2O1.7042.5221.125106.51.6760172UO22+ 6H2O1.7042.6231.128107.21.6320.196鍵長和鍵角鍵長和鍵角(HOH)隨著配體水分子隨著配體水分子數(shù)目的不同產(chǎn)生的變化趨勢(shì)，其中，數(shù)目的不同產(chǎn)生的變化趨勢(shì)，其中，鍵長鍵長R(U=O)與配體數(shù)目變化相反；與配體數(shù)目變化相反；R(U-OH2)

21、的變化顯著，與水分子的的變化顯著，與水分子的數(shù)目呈正相關(guān)數(shù)目呈正相關(guān)UO2(H2O)42+優(yōu)化優(yōu)化R(U=O)/ R(U-O)/ R(P-Ob)/R(P-O(-H)/(O=P-O)/(O=U=O)/ UO2(PO4) 1.8042.0791.72193.5158.9UO2(PO4)24 1.8122.3311.68098.6179.6UO2(PO4)37 1.8172.3451.675105.2180.0UO2(HPO4)1.7622.1561.6011.60997.4166.3UO2(HPO4)22 1.7842.2131.5561.658101.4179.7UO2(HPO4)34 1.79

22、52.3441.6151.677101.8180.0UO2(HPO4)46 1.8112.3731.5871.695111.9180.0UO2(H2PO4)+ 1.7442.2461.5461.562100.2168.4UO2(H2PO4)2 1.7652.1561.6071.60498.5175.8UO2(H2PO4)3 1.7772.5051.5441.612104.6178.3UO2(H2PO4)421.8162.2571.5561.620115.8180.0UO2(H2PO4)nz、UO2(HPO4)nz-、UO2(PO4)nz-配合物結(jié)合位點(diǎn)的鍵長和鍵角配合物結(jié)合位點(diǎn)的鍵長和鍵角 R

23、(P-O)/R(P=O)/R(P-N)/R(P-C)/(O=P-O)/(O=P-C)/1.6381.491.6761.815113.191111.794(O=P-N)/e(P)e(O)e(OH)e(N)e(C)120.676610.813-0.267-0.288-0.348-0.822 有機(jī)磷酰胺化合物對(duì)鈾的結(jié)合能力具有一致性，與磷酸配位具有相似性，有機(jī)磷酰胺化合物對(duì)鈾的結(jié)合能力具有一致性，與磷酸配位具有相似性，對(duì)羥基電離出氫離子的配體進(jìn)行優(yōu)化無法得到對(duì)羥基電離出氫離子的配體進(jìn)行優(yōu)化無法得到SCF收斂結(jié)果，由此推斷，收斂結(jié)果，由此推斷，未發(fā)生酸式電離的配體是穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。配體能量計(jì)算結(jié)果為未發(fā)生酸

24、式電離的配體是穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。配體能量計(jì)算結(jié)果為-858.87 a.u.UO2(PO4)nz-優(yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)構(gòu)UO2(HPO4)nz-優(yōu)化結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)構(gòu)UO2(H2PO4)nz優(yōu)化結(jié)構(gòu)圖優(yōu)化結(jié)構(gòu)圖R U=O/R(P-O)/R(P-Ob)/R(P-N)/R(P-C)/R(U-O)/ cis1.774/1.7791.5571.5501.6641.8082.433/2.426trans1.7771.5561.5511.6651.8092.431/2.426(O=U=O)/ (O-P-O)/ (Ob-P-C)/ (Ob-P-N)/ (O-P-C)/ cis179.672104.198109.501103.56

25、4114.671trans179.998104.32/104.32109.542116.451114.571e(P)e(O)e(Ob)e(N)e(C)e(U)e(=O)1/cm-12/cm-13/cm-1cis0.630-0.258-0.204-0.245-0.6970.407-0.150282.30837.58928.62trans0.626-0.262-0.217-0.248-0.7090.504-0.175279.86837.71927.65鈾酰與苯基磷酰配合物結(jié)合位點(diǎn)的鍵長參數(shù)鈾酰與苯基磷酰配合物結(jié)合位點(diǎn)的鍵長參數(shù)結(jié)合位點(diǎn)的鍵角參數(shù)結(jié)合位點(diǎn)的鍵角參數(shù)結(jié)合位點(diǎn)的電子結(jié)構(gòu)和鈾酰頻率參數(shù)結(jié)合

26、位點(diǎn)的電子結(jié)構(gòu)和鈾酰頻率參數(shù)順式和反式構(gòu)型配合物順式和反式構(gòu)型配合物的配位結(jié)構(gòu)圖的配位結(jié)構(gòu)圖兩種配合物垂直和水兩種配合物垂直和水平角度的分子構(gòu)型圖平角度的分子構(gòu)型圖（忽略氫原子）（忽略氫原子）2、植物基高吸附材料蕨類植物基吸附劑的制備及其蕨類植物基吸附劑的制備及其吸附性能研究吸附性能研究生物吸附劑概況生物吸附劑概況種類種類特點(diǎn)特點(diǎn)（1 1）來源廣泛，價(jià)格低廉）來源廣泛，價(jià)格低廉（2 2）適應(yīng)性廣，能適應(yīng)不同）適應(yīng)性廣，能適應(yīng)不同pH，溫度，離子強(qiáng)度，溫度，離子強(qiáng)度（3 3）選擇性高）選擇性高（4 4）再生能力強(qiáng)，吸附）再生能力強(qiáng)，吸附/ /脫附操作簡單脫附操作簡單種類種類生物吸附劑生物吸附劑天

27、然高分子化合物天然高分子化合物纖維素、殼聚糖、甲殼素、淀粉纖維素、殼聚糖、甲殼素、淀粉農(nóng)林廢棄物農(nóng)林廢棄物木屑、花生殼粉、堅(jiān)果殼粉、稻殼、茶葉渣、橘子皮木屑、花生殼粉、堅(jiān)果殼粉、稻殼、茶葉渣、橘子皮植物植物毛蕨、大麥、蘆葦、蜈蚣草、苧麻、紅薯毛蕨、大麥、蘆葦、蜈蚣草、苧麻、紅薯藻類藻類綠藻、紅藻、褐藻、馬尾藻、海帶綠藻、紅藻、褐藻、馬尾藻、海帶細(xì)菌細(xì)菌枯草桿菌、氰基菌、地衣型芽孢桿菌枯草桿菌、氰基菌、地衣型芽孢桿菌真菌真菌黃曲霉、米曲霉、芽芝霉黃曲霉、米曲霉、芽芝霉蕨類植物的表征蕨類植物的表征u 3420 cm-1是表面是表面OHu 1257 cm-1是纖維素平面內(nèi)是纖維素平面內(nèi)O-H孔、縫隙

28、、空穴孔、縫隙、空穴u 纖維素結(jié)構(gòu)：纖維素結(jié)構(gòu)：22o和和16ou1.表面含有大量羥基表面含有大量羥基和甲氧基和甲氧基u2.結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)整體性力結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)整體性力學(xué)性能良好學(xué)性能良好研究構(gòu)思研究構(gòu)思n植物植物基吸附基吸附材料材料的制備的制備：采用富含羥基、酮基和羧基的蕨類作為吸附劑基體，通過預(yù)處理、氧化、活化和有機(jī)聚合等方法制備一系列生基吸附劑（1）直接化學(xué)活化處理（2）以毛蕨植物為載體制備高分子螯合吸附材料：飽和吸附量達(dá)420.2 mg/g，并深入研究其吸附機(jī)理（3）氧化植物基高分子聚合材料的制備（4）正在進(jìn)行的研究：磁性生物吸附材料制備n相關(guān)文獻(xiàn)成果相關(guān)文獻(xiàn)成果Journal of the Ta

29、iwan Institute of Chemical Engineers. 2016, 61: 342Journal of the Taiwan Institute of Chemical Engineers. 2016, 61: 453Journal of Environmental Chemical Engineering.2015,3(3):2219（1）活化改性毛蕨植物基吸附劑）活化改性毛蕨植物基吸附劑植物預(yù)處理：拆分為根、莖、葉，破碎、篩分（拆分為根、莖、葉，破碎、篩分（100目）目）預(yù)活化過程與條件： 載體：毛蕨植物根、莖、葉粉末載體：毛蕨植物根、莖、葉粉末 活化方法：浸漬法；活化

30、方法：浸漬法； 活化劑：活化劑：0.5 mol/l的的NaOH溶液溶液 液固比：液固比：20:1； 溫度：溫度：30 oC 時(shí)間：時(shí)間：5 小時(shí)小時(shí)活化改性劑：M2+：Ca2+/Mg2+（ CaCl2，MgCl2或或MgCl2 +H2O2 ）預(yù)活化原理：注：CI-COOCH3：脂化結(jié)構(gòu)；Cell-OH：纖維素羥基；Lign-OH：木質(zhì)素羥基；Hemicell-OH：半纖維素羥基；CI-COO-：羧基蕨類植物的選擇性吸附：研究其對(duì)不同離子的吸附性能（研究其對(duì)不同離子的吸附性能（Pb、Cu、Ni、Cd）蕨類植物吸附性能對(duì)比： 被污染的毛蕨植物被污染的毛蕨植物 PK 未被污染的毛蕨植物未被污染的毛蕨

31、植物 根根 VS 莖莖 VS 葉葉產(chǎn)物表征1428 cm-1處出現(xiàn)的處出現(xiàn)的新吸收峰，對(duì)應(yīng)于新吸收峰，對(duì)應(yīng)于羧基官能團(tuán)中的羧基官能團(tuán)中的C-O伸縮振動(dòng)，說明氫伸縮振動(dòng)，說明氫氧化鈉溶液對(duì)毛蕨氧化鈉溶液對(duì)毛蕨植物吸附劑有良好植物吸附劑有良好的預(yù)活化效果的預(yù)活化效果維管結(jié)構(gòu)維管結(jié)構(gòu)表面黑色部分為表面黑色部分為Ca2+/Mg2+改性后：孔、縫隙、空穴改性后：孔、縫隙、空穴CIpH對(duì)吸附性能的影響： 1.質(zhì)子化程度：質(zhì)子化程度：-OH和和-COOH -O-和和-COO- 2.水解程度：水解程度：Pb2+ Pb(OH) (H2O)+吸附選擇性： Pb(II) Co(II) Ni(II) Cu(II) 影

32、響因素有離子尺寸、共價(jià)鍵指數(shù)影響因素有離子尺寸、共價(jià)鍵指數(shù)吸附量： Stem Root Leaf：可能與纖維素在植物體內(nèi)的分布情況有關(guān)可能與纖維素在植物體內(nèi)的分布情況有關(guān) 未受污染未受污染受污染：受污染：郴洲甘溪河地下水和地表水重金屬超標(biāo)，毛蕨植物重金屬累積郴洲甘溪河地下水和地表水重金屬超標(biāo)，毛蕨植物重金屬累積吸附性能動(dòng)力學(xué)模型等溫線模型吸附動(dòng)力學(xué)與等溫吸附動(dòng)力學(xué)擬合數(shù)據(jù)等溫線擬合數(shù)據(jù)AdsorbentQe(exp.) ( mgg-1)Pseudo-first-order kinetic modelPseudo-second-order kinetic modelk1 (min-1)Qe(ca

33、l.) ( mgg-1)RQe(cal.) (mgg-1)k2 (g(mg min)-1)RR-CI29.620.0662.3050.7330.3030.0681.00Ca-CI36.100.0579.3460.8437.0370.01661.00Mg-CI39.410.04716.8440.9741.6670.00680.99Mg/H2O2-CI45.630.04221.2850.9747.6190.00490.99AdsorbentLangmuir isothermFreundlich isothermb (lmg-1)Qm (mgg-1)R1/nKf (mgg-1)RR-CI0.1634

34、1.670.9910.12321.780.937Ca-CI0.21352.630.9930.12425.820.982Mg-CI0.23862.500.9940.12332.360.937Mg/H2O2-CI0.27971.430.9960.12542.850.961u 主要結(jié)論：主要結(jié)論：R-CI，Ca-CI，Mg-CI，Mg/H2O2-CI四種吸附劑的吸附四種吸附劑的吸附動(dòng)力學(xué)均符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，吸附等溫線符合動(dòng)力學(xué)均符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)方程，吸附等溫線符合Langmuir吸附等吸附等溫模型，溫模型，Pb(II)飽和吸附容量分別為飽和吸附容量分別為41.67，52.63，62.50，71.

35、43 mg/gu 存在的問題：存在的問題：材料的吸附優(yōu)勢(shì)未得到充分體現(xiàn)與發(fā)揮材料的吸附優(yōu)勢(shì)未得到充分體現(xiàn)與發(fā)揮（2）以毛蕨植物為載體的高分子螯合吸附材料的制）以毛蕨植物為載體的高分子螯合吸附材料的制備及其對(duì)重金屬的吸附研究備及其對(duì)重金屬的吸附研究吸附劑合成路線示意圖表面改性接枝聚合 偕氨肟化粗糙光滑SEM:CISEM:PAO-CIO-Si-OC=NCNu 2=22o和和16o，兩，兩個(gè)顯著的纖維素個(gè)顯著的纖維素結(jié)構(gòu)特征吸收峰結(jié)構(gòu)特征吸收峰u PAO-CI在在30.9和和35.3處出現(xiàn)弱吸收處出現(xiàn)弱吸收峰，因表面引峰，因表面引入氨肟基團(tuán)入氨肟基團(tuán)產(chǎn)物表征u 偕氨肟基團(tuán)是偕氨肟基團(tuán)是兩性功能基團(tuán)兩性功能基團(tuán)pH值影響及競(jìng)爭(zhēng)吸附u Pb(II)和和Cu(II)的水解作用：屏的水解作用：屏蔽效應(yīng)、競(jìng)爭(zhēng)吸蔽效應(yīng)、競(jìng)爭(zhēng)吸附效應(yīng)附效應(yīng)溫度越高，吸附量越大，表明吸附過程屬于吸熱反應(yīng)溫度越高，吸附量越大，表明吸附過程屬于吸熱反應(yīng)吸附量吸附量:PAO-CI PAN-CI CI MPS-CIPAO-CI對(duì)Pb(II)吸附動(dòng)力學(xué)u 等溫吸附：隨著初始濃度的增加，隨著初始濃度的增加，PAO-CI的吸附量逐漸增大，最后達(dá)到飽和吸附量。同的吸附量逐漸增大，最后達(dá)到飽和吸附量。同時(shí)可以看出，隨著吸附溫度的增大，吸附量也時(shí)可以看出，隨著吸附溫度