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新型多胺类螯合树脂对水中重金属与酚类复合污染物的吸附特性及作用机理探究

一、引言

1.1研究背景

随着工业化和城市化的迅猛发展，水污染问题愈发严峻，其中重金属和酚类复合污染备受关注。重金属如铅、汞、镉、铬等，具有毒性大、在环境中难以降解、易被生物富集等特性，会对水生生态系统和人类健康造成极大威胁。酚类化合物主要源于焦化、炼油、化工等行业废水排放，对生物体的皮肤、黏膜有强烈刺激和腐蚀作用，还会影响水生生物的正常生长与繁殖，破坏水体生态平衡。

在实际水体环境中，重金属和酚类污染物常常共存，形成复合污染。工业废水排放时，若未经过有效处理，多种污染物就会一同进入水体；矿山开采过程中，重金属会随矿石的开采和加工进入水体，同时开采区域周边的土壤中可能残留酚类物质，经雨水冲刷也会流入水体，从而造成复合污染。这种复合污染的毒性往往比单一污染更强，其相互作用机制复杂，传统的单一处理方法难以达到理想的去除效果。

目前，针对水体重金属和酚类复合污染的治理技术众多，如沉淀法、离子交换法、吸附法等。沉淀法虽然操作相对简单，但会产生大量污泥，后续处理困难，且对低浓度污染物去除效果不佳；离子交换法存在离子交换树脂易饱和、再生成本高的问题；吸附法因具有操作简便、效率高、可选择性强等优点而被广泛研究和应用。在吸附材料中，螯合树脂脱颖而出，它能与金属离子形成多配位络合物，对重金属离子有良好的吸附性能。多胺类螯合树脂由于含有丰富的胺基等官能团，不仅对重金属离子有较强的螯合能力，还可能对酚类化合物具有一定的吸附作用，在处理重金属和酚类复合污染水体方面展现出潜在的应用价值。然而，目前对于新型多胺类螯合树脂在复合污染体系中的吸附特性和作用机理研究还不够深入，因此，开展相关研究十分必要。

1.2研究目的与意义

本研究旨在深入探究新型多胺类螯合树脂对水中重金属和酚类复合污染物的吸附特性和作用机理。通过系统研究，明确新型多胺类螯合树脂在不同条件下对重金属和酚类复合污染物的吸附性能，包括吸附容量、吸附速率、选择性等；揭示其与重金属和酚类污染物之间的相互作用机制，从分子层面阐述吸附过程；考察溶液pH值、温度、离子强度等因素对吸附性能的影响规律。

本研究具有重要的理论和实际意义。在理论方面，有助于丰富和完善多胺类螯合树脂吸附重金属和酚类污染物的理论体系，为深入理解复合污染体系中吸附剂与污染物之间的相互作用提供新的视角和依据；在实际应用中，为水体重金属和酚类复合污染的治理提供一种高效、可行的技术方法和材料选择，为相关污水处理工艺的优化和改进提供科学指导，对改善水环境质量、保障生态安全和人类健康具有重要的现实意义。

1.3国内外研究现状

国外对多胺类螯合树脂的研究起步较早，在合成方法和吸附性能研究方面取得了一定成果。在合成方面，采用多种先进的聚合技术，如原子转移自由基聚合（ATRP）等，精确控制树脂的结构和性能。在吸附性能研究中，针对单一重金属离子的吸附研究较为深入，通过实验和理论计算相结合的方法，详细探讨了吸附过程中的热力学和动力学特性，明确了吸附机理。

国内相关研究近年来也发展迅速，在新型多胺类螯合树脂的研发上不断创新，合成出具有独特结构和性能的树脂材料。在吸附研究方面，不仅关注对单一重金属离子的吸附，还逐渐开展对多种重金属离子共存体系以及重金属与有机物复合污染体系的吸附研究。但目前国内外对于新型多胺类螯合树脂在复杂复合污染体系中，尤其是对重金属和酚类复合污染物的吸附特性和作用机理的系统研究仍相对较少，在吸附选择性、吸附容量的进一步提高以及吸附机理的深入解析等方面还有待加强。

1.4研究方法与创新点

本研究采用实验研究和表征分析相结合的方法。实验研究方面，通过静态吸附实验，考察新型多胺类螯合树脂对不同浓度重金属和酚类复合污染物的吸附性能，测定吸附容量、吸附速率等参数；改变溶液pH值、温度、离子强度等条件，研究其对吸附性能的影响规律。动态吸附实验则在固定床吸附柱中进行，分析树脂在连续流条件下对复合污染物的吸附穿透曲线和吸附性能。

表征分析方面，运用红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）等技术，对吸附前后的树脂进行结构和表面性质分析，探究吸附过程中树脂与污染物之间的相互作用机制，确定吸附前后树脂表面官能团的变化、微观形貌的改变以及元素组成和化学态的变化。

本研究的创新点主要体现在两个方面。一是首次系统研究新型多胺类螯合树脂对水中重金属和酚类复合污染物的吸附特性，综合考虑多种因素对复合污染吸附的影响，填补了该领域在复合污染吸附研究方面的空白；二是通过多种先进的表征技术，深入揭示新型多胺类螯合树脂与重金属和酚类复合污染物之间的作用机理，从微观层面阐明吸附过程，为其在实际工程中的应用提供更坚实的理论基础。

二、新型多胺类螯合树脂的