硫代杯芳烃功能化修饰及其吸附重金属离子的应用

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治理环境污染是当今世界面临的一项重大而急迫的任务。近年来,随着采矿、冶炼、化工、电镀等行业的快速发展,大量重金属污染物被排放,对生态环境造成了极大的破坏。特别是,大量重金属离子进入水体后,会对人类的生产和生活产生更大的危害。这种危害源于重金属元素具有难降解、高毒性、生物富集等特点。鉴于目前水体重金属离子污染的状况,本论文开展了硫代杯[4]芳烃(thiacalix[4]arene简称TCA)及其金属配合物的一些研究工作。主要内容包含:1.首先制备了第三代超分子主体化合物——-硫代杯[4]芳烃,该化合物能与许多过渡金属形成络合物。以TCA为原料,通过磺化反应,得到了磺化硫代杯芳烃(thiacalix[4]arenetetrasulfonate,简称TCAS),所采用的方法是我们自己设计的全新方法,未见报道。再以磺化硫代杯芳烃作为活性成分,通过静电吸引力负载到717-阴离子树脂上,最终得到了TCAS吸附树脂。2.通过IR、UV-vis、’HNMR等分析手段。对TCA和TCAS的结构进行了表征。对于TCA,IR:2960cm-1处为叔丁基的特征吸收峰;UV-vis:λmax=320nm;1H NMR:在δ9.6出现了酚羟基氢的信号,同时三类氢的积分面积比符合其TCA中氢原子个数比。对于TCAS,IR:2960cm-1处的叔丁基的特征吸收峰消失,而在1180cm-1处出现磺酸基团的特征吸收峰;UV-vis:λmax=301.4nm;1HNMR:仅仅在δ7.86出现了一个单峰,为苯环氢的信号。3.通过IR、UV-vis等分析手段对TCAS吸附树脂进行了检测。结果表明,TCAS与阴离子树脂有很好的结合作用,TCAS不会从阴离子树脂的表面脱落,该吸附树脂在水中也有很好的稳定性。4.通过空白对照试验,研究了TCAS吸附树脂和空白树脂对pb2+、Cu2+吸附去除率。实验表明,TCAS吸附树脂对水体中的Pb2+、Cu2+有很好的吸附效果,该吸附树脂对pb2+和Cu2+的吸附容量分别为14.26mg/g和29.78mg/g。5.通过改变树脂用量、吸附所用时间、温度和重金属离子溶液的pH值等条件,得出了在不同条件下吸附树脂对pb2+、Cu2+的去除率,从而得到了最佳实验条件。具体来说,TCAS吸附树脂对Pb2+、Cu2+的去除效果会随着树脂用量的增大而提高;吸附达到平衡所用的时间会随着温度的升高而增加,但是去除率却随着温度的升高而降低。当吸附达平衡时,残余的Cu2+浓度可达到国家饮用水标准,而pb2+浓度达到了国家工业用水排放标准;在pH值由4-8的变化过程中,TCAS1吸附树脂对Cu2+的吸附去除变化幅度并不大,也即在溶液呈中性或弱酸性时,吸附树脂对Cu2+去除率最大。而TCAS吸附树脂对Pb2+的吸附对环境的要求更为宽松,在中性、弱酸性和弱碱性环境下均有较好的去除效果。6、我们还进一步研究了在重金属离子共存体系中,TACS吸附树脂对多种重金属离子Pb2+、Cu2+和Cd2+共存的溶液吸附优先性规律,得出1TACS吸附树脂对这几种金属离子的吸附顺序为Cu2+>Cd2+>Pb2+。通过研究有背景阳离子Ca2+、Mg2+存在的情况下,TCASI吸附树脂对Pb2+、Cu2+吸附去除率,我们发现,TCAS吸附树脂对Ca2+和Mg2+吸附作用很弱,而对Pb2+、Cu2+有很强的去除作用。这样的结果令人满意,因为它可以保证,在水处理过程中,既除去了有害的重金属离子,同时又保留了对人体健康有益的Ca2+和Mg2+离子。
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