功能化磁性纳米颗粒对废水中重金属离子地吸附.doc

功能化磁性纳米颗粒对废水中重金属离子的吸附 1、相关定义 1.1、固-液界面吸附的基本概念和理论 2.1 固-液界面吸附的基本概念2.1 固-液界面吸附的基本概念 吸附就是指在固-气相、固-液相、固-固相、液-气相等体系中,某个相的物 质密度或溶于该相中的溶质在界面上发生了变化的现象。固-液相吸附是指液体 环境中溶质在固体表面的净积累,并使该溶质浓度降低的过程。在两相界面处, 被吸附的物质称为吸附质,而吸附相称为吸附剂。 根据吸附剂表面吸附力大小的不同,吸附通常可分为化学吸附和物理吸附。 化学吸附的产生是由于吸附剂和吸附质之间电子转移或共享电子而形成较强的 化学键。化学吸附的吸附热相对较大,吸附质不容易从吸附剂表面解吸,而且 还是一种选择性吸附[40]。化学吸附不仅和吸附剂的表面化学性质直接有关,还 与吸附质的化学性质有关。而物理吸附与化学吸附有明显的不同,其作用力主 要有范德华力和氢键作用力两种,其典型特征是吸附剂和吸附质之间作用力小, 主要受吸附质分子大小形状、吸附质和吸附剂的极性以及吸附剂的孔结构影响, 它的吸附热相对化学吸附来说要小很多,而且吸附过程是可逆的。最常用的定 量 表 示 吸 附 和 吸 着 平 衡 的 量 是 吸 附 百 分 数 和 分 配 系 数 Kd(distribution coefficient),它们的定义是: 吸附百分数 Sorption% = C o Ce C 100%(2-1) o 分配系数 K qe n s V C 0 CeV dC e ne m C em(2-2) 式中C0(mg/L), Ce(mg/L)和qe(mg/g), 分别是重金属离子或放射性核素在固相和 液相中的初始浓度和平衡浓度;V(L)和m(g)分别是液相体积和固相吸附剂质量; ns(mg/L), ne(mg/L)分别是固相上及液相中重金属离子或放射性核素的总浓度。 1.2、生物吸附概念的提出 由于传统处理重金属废水的方法效果不甚理想,而且成本较高,如果操作不 当还会引起二次污染。因此环境科技研究者一直努力寻求一种新的处理技术,所 以生物吸附法应运而生,并且有着极其广阔的应用前景。 所谓生物吸附(biological adsorption),就是利用生物体本身的成分特性及化 3 1.3、高分子接枝的定义与分类 接枝共聚物以一种大分子链为主链,支链为另一种结构,且支链要有一定长 度,带短侧基的聚合物不能算作是接枝物,其性能决定于主、支链的组成结构和 长度,以及支链数。 接枝反应的首要条件是要有接枝点。各种聚合机理的引发剂都能为接枝共聚 提供活性种,而后产生接枝点。例如由引发剂化学分解、光、高能辐射、力化学 等均能产生自由基活性种,阴离子、阳离子、配位聚合引发剂等则能产生离子活 性种。活性点处于链的末端,聚合后将形成嵌段共聚物,活性点处于链的中间, 聚合后才形成接枝共聚物。 接枝点和支链的产生方式、接枝方法大致有三类[49]。 (1) 长出支链(graft from):先在某一大分子链中间形成活性点,该活性点 再引发另一单体聚合而长出支链,如 * + H2C CHR CH2CHR CH2C*HR 接枝点可由自由基、阴离子、阳离子、配位聚合机理产生。其中自由基聚合 最常用,但共聚产物中常伴有相当量的均聚物,且接枝数、支链长度等结构参数 较难定量测定。 (2) 嫁接支链(graft onto):如果某一大分子主链带有活性侧基,另外一大 分子带有活性端基,两者反应,就嫁接上支链。这类接枝并不一定都是链式反应, 也可以是缩聚反应。 X +Y CH2CHR CH2CHR + XY CH2CH2R CH2CHR 该方法可将主链和支链分别预先裁制,两者结构可以分别表征,因此所形成 第 2 章 壳聚糖-g-聚丙烯酸/海泡石复合材料的合成与实验优化 15 的接枝共聚物结构比较明确。 (3) 大单体共聚嫁接(graft through):大单体是带有双键端基的齐聚物,与 乙烯基单体共聚或与活性链加成,即可接枝。 H2C CH R +n H2C CHX CH2CHX CH2CH CH2CHX R 1.4、吸附的基本概念 1.3.2.1 吸附 吸附是指固体表面的分子或原子因受力不均衡而具有剩余的表面能,当某 些物质碰撞固体表面时,受到这些不平衡力的吸引而停留在固体表面上。吸附 的结果是吸附质在吸附剂上浓集,吸附剂的表面能降低。吸附技术就是利用多 孔性固体吸附废水中某种或几种污染物,以回收或去除某些污染物,从而也是 使废水得到净化的方法。 1.3.2.2 吸附剂及吸附质 吸附时的固体称为吸附剂;被固体吸附的物质称为吸附质。由于吸附作用 发生在吸附剂的表面上,所以与吸附剂的表面特性有密切关系,主要包括以下 三个方面[27]: (1) 比表面积