水體重金屬在螯合秸稈纖維超微結構中的吸附機制研究

《水體重金屬在螯合秸稈纖維超微結構中的吸附機制研究》是依託華南師範大學，由鄭劉春擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：水體重金屬在螯合秸稈纖維超微結構中的吸附機制研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：鄭劉春
• 依託單位：華南師範大學

項目摘要

偕胺肟基螯合秸稈纖維在水體重金屬污染事故中具有很好的套用前景，其高效吸附性能與纖維的超微結構特徵密切相關。為了揭示這兩者之間的聯繫，本項目在接枝化玉米秸稈纖維的基礎上，進行偕胺肟化螯合改性成為吸附材料；一方面，分析材料吸附過程中的吸附驅動力、吸附作用模型和動力學特性，並利用SEM、FT-IR、XRD和13C-NMR初步表征材料形貌性能；另一方面，採用先進的STM、FTIR-MSP和顯微拉曼光譜表征技術，重點研究材料的超微結構變化、結構中的基團組成、分布和變化，以及骨架和側鏈受影響的情況。結合兩方面的研究，闡述吸附材料超微結構在吸附過程中的性能變化，解譯結構特性與吸附行為之間的內在聯繫。以期能深入地闡明吸附材料與重金屬鎘離子之間的吸附機理，來深化人們對秸稈材料去除水中重金屬污染物原理的認識，並為構建更高效的水體重金屬污染事故處理技術提供理論支撐。

結題摘要

偕胺肟基螯合秸稈纖維在水體重金屬污染事故中具有很好的套用前景，其高效吸附性能與纖維的超微結構特徵密切相關。研究團隊在前期的研究基礎上，進一步通過鹼處理、醚化（或接枝化）、胺化交聯以及螯合改性，製備出偕胺肟基螯合秸稈纖維材料；並採用SEM-EDS、BET、FTIR、XRD、XPS、13C-NMR、STM等表征分析材料的結構；同時，利用批模式和吸附柱測試材料對水體鎘離子的吸附性能，探討吸附過程中的吸附驅動力、吸附作用模型和動力學特性；結合表征和性能測試結果，闡述偕胺肟基螯合秸稈纖維的吸附機理。而且，運用material studio的Dmol3和Forcite plus模組理論計算偕胺肟基螯合秸稈纖維的吸附結構和確定其主要吸附功能的基團位置，從而定量描述材料的吸附機理。批模式測試表明偕胺肟基螯合秸稈纖維具備對水體鎘離子良好的吸附容量，如：在pH5時，理論吸附容量可達134.13mg g-1，而且受到水體pH的影響較小；吸附等溫模型基本上既符合Langmuir模型，又符合Freundlich模型。吸附柱測試表明偕胺肟基螯合秸稈纖維是可實際套用的優良材料；BDST模型更為準確地預測不同操作條件下Cd離子在材料的穿透特性，模擬其動態吸附的過程。各種表征分析的結論表明：偕胺肟基螯合秸稈纖維結構中偕胺肟基和胺基可與鎘離子發生配位絡合作用。通過理論化學的計算，研究團隊還量化地確定了偕胺肟基螯合秸稈纖維的吸附結構為2662型。在這個結構中，偕胺肟基團吸附Cd離子的機率比胺基大；而偕胺肟基上的胺基又比其羥基吸附貢獻大。此外，在偕胺肟基螯合秸稈纖維的基礎上，還研製出硫基螯合秸稈纖維、羧基螯合秸稈纖維、膦酸基螯合秸稈纖維以及複合金屬氧化物負載玉米芯纖維。這些材料均體現出對水體鎘離子或磺胺類抗生素分子有著良好的吸附性能：硫基、羧基螯合秸稈纖維和複合金屬氧化物負載玉米芯纖維的最大理論吸附量是 54.71、47.17 和40.70 mg g-1。膦酸基螯合秸稈纖維對兩種磺胺類抗生素的最大理論吸附量分別是：磺胺嘧啶（SDZ）0.217 mg g-1和磺胺甲噁唑（SMZ）0.283 mg g-1。同時，它們的吸附機理也被很好地論證。