重金屬選擇性分離答辯PPT

1、Wondershare software功能化介孔材料功能化介孔材料對金屬離子選擇性分離的研究對金屬離子選擇性分離的研究 專業(yè)：環(huán)境工程 作者：指導(dǎo)老師：Back to school 摘要摘要 本論文著眼于功能復(fù)合化介孔材料用于重金屬選擇性吸附的研 究進(jìn)展及應(yīng)用前景，重點(diǎn)研究比較了Cu2+、Pb2+、Cr3+、Zn2+等四種重金屬離子在MCM-41-NH-SH，MCM-41-SH-NH和MCM-41-SH(-NH)三種功能復(fù)合化介孔材料上的競爭吸附能力，并利用原子吸收光譜測定模擬水中重金屬離子的濃度變化，從而研究功能化材料對各金屬離子的選擇性吸附性能。研究結(jié)果表明經(jīng)功能化改性后的材料的吸附性能

2、優(yōu)越，在四種重金屬離子同時(shí)存在的混合溶液中，Pb2+競爭吸附能力最強(qiáng)，其次是Cr3+，最差的是Cu2+和Zn2+。 論文主要內(nèi)容論文主要內(nèi)容Back to school文獻(xiàn)綜述文獻(xiàn)綜述實(shí)驗(yàn)與測試實(shí)驗(yàn)與測試結(jié)果分析與討論結(jié)果分析與討論結(jié)論結(jié)論文獻(xiàn)綜述文獻(xiàn)綜述1.重金屬的危害2.重金屬的資源回收狀況3.重金屬選擇性分離的重要性4.目前重金屬回收狀況5.本論文研究內(nèi)容、目的和意義 Back to school重金屬對人體的危害重金屬對人體的危害銅（銅（Cu2+）鉛（鉛（Pb2+）鉻（鉻（Cr3+）鋅（鋅（Zn2+）銅對人體造血、細(xì)胞生長，人體某些酶的活動(dòng)及內(nèi)分泌腺功能均有影響。如攝入過量的銅，就會(huì)刺

3、激消化系統(tǒng)，引起腹痛、嘔吐。 環(huán)境中的鉛及其化合物主要是從消化道及呼吸道進(jìn)入人體,隨血液循環(huán)流至全身,主要分布于肝、腎、脾、膽、腦中,尤以肝、腎中的濃度最高。 三價(jià)鉻在動(dòng)物體內(nèi)的肝、腎、脾和血中不易積累，而在肺內(nèi)存量較多，因此對肺有一定的傷害。三價(jià)鉻對抗凝血活素有抑制作用。 過量的鋅會(huì)引起急性腸胃炎癥狀，如惡心、嘔吐、腹痛、腹瀉、偶爾腹部絞痛，同時(shí)伴有頭暈、周身乏力。 Back to school重金屬的資源回收狀況重金屬的資源回收狀況重金屬污水是對環(huán)境污染最嚴(yán)重和對人類健康危害最大的工業(yè)污水。迄今為止，無論國內(nèi)還是國外，對重金屬污水的治理仍不夠完美和徹底，遠(yuǎn)未能杜絕重金屬污水對環(huán)境的污染。我

4、國一些水體的汞、砷、鉛、氟和鎘污染還相當(dāng)嚴(yán)重。 目前重金屬污水無論采用何種方法處理都不能使其中的重金屬分解破壞，只能轉(zhuǎn)移其存在的位置和轉(zhuǎn)移其物理和化學(xué)形態(tài)。因此，無論從杜絕環(huán)境的污染，還是從資源合理利用來考慮，必須采取多方面的綜合性措施。 重金屬是我們生活、生產(chǎn)中很重要的原料。如鐵、銅、金、銀等，它們的重要性是不言而喻的。大家都知道，地球上的資源是有限的，重金屬也不例外。有色冶金工廠的污水往往不止含有一種重金屬，而是含有多種重金屬，重金屬會(huì)在水體、土壤等自然環(huán)境中不斷累積、儲(chǔ)存，然后通過食物鏈作用進(jìn)入生物體并逐漸富集，最后進(jìn)入人體，危害人體健康。多種重金屬的低回收利用率不僅會(huì)危害生態(tài)環(huán)境和人類

5、健康，而且是對自然資源的嚴(yán)重浪費(fèi)。 選擇性分離廢水中的重金屬離子，在去除自然水體中的重金屬，防止其對自然環(huán)境和人類健康的同時(shí)，可以對自然資源的昂貴重金屬進(jìn)行分類回收，以達(dá)到環(huán)境保護(hù)和資源回收利用的雙贏結(jié)果。 Back to school重金屬選擇性分離的重要性重金屬選擇性分離的重要性目前重金屬離子分離回收狀況目前重金屬離子分離回收狀況 分離和回收重金屬的方法主要包括化學(xué)法、膜分離法、溶劑萃取法、吸附法等。 其中，化學(xué)沉淀法因簡單、易操作而成為常規(guī)技術(shù)，但由于固液分離難、去除效果差、藥劑耗量大、二次污染等原因使推廣應(yīng)用面臨顯著制約。 溶劑萃取法分離效果良好、可連續(xù)操作易自動(dòng)化，但存在反萃困難，有

6、機(jī)相易流失、毒性大、污染嚴(yán)重，操作強(qiáng)度大，成本高等問題。 膜分離法具有節(jié)能、無相變、分離效果好等優(yōu)點(diǎn)，主要缺點(diǎn)是膜組件成本高，在使用中膜易污染而導(dǎo)致通量下降影響去除效果，嚴(yán)重制約了膜分離法的應(yīng)用。 吸附法相對其他方法具有環(huán)境污染小、吸附速率快、吸附劑可再生、再生性能好等諸多優(yōu)勢。常見的重金屬吸附劑包括活性炭、礦物材料、生物吸附劑、離子交換樹脂等。 功能化介孔材料對重金屬的吸附原理功能化介孔材料對重金屬的吸附原理吸附是利用吸附劑對液體或氣體中某一組分具有選擇性吸附的能力，使其富集在吸附劑表面的過程。吸附主要包括兩種吸附方式：物理吸附和化學(xué)吸附。其中物理吸附作用力為分子間引力即范德華力、無選擇性、

7、無需高活化能、吸附層可以是單層，也可以是多層、吸附和解吸附速度通常較快，而且隨著溫度的升高，物理吸附的吸附量大小減小?；瘜W(xué)吸附的作用力為化學(xué)鍵合力，需要高活化能、只能以單分子層吸附，選擇性強(qiáng)、吸附和解吸附速度較慢，溫度的升高有利于化學(xué)吸附量的提高。功能化介孔材料對重金屬離子的吸附既有物理吸附又包括有化學(xué)吸附。 本論文研究內(nèi)容、目的和意義本論文研究內(nèi)容、目的和意義 研究內(nèi)容：（1）在介孔材料MCM-41上做功能化改性，制備了復(fù)合功能化材料MCM-41-NH-SH，MCM-41-SH-NH和MCM-41-SH(-NH)；（2）將制得的三種復(fù)合功能化的介孔材料來對混合金屬離子進(jìn)行選擇性吸附，得到不同

8、重金屬離子在不同材料上的競爭吸附能力的強(qiáng)弱。 研究目的：本實(shí)驗(yàn)以MCM-41為基礎(chǔ)，對該材料進(jìn)行復(fù)合功能化，制得MCM-41-NH-SH，MCM-41-SH-NH和MCM-41-SH(-NH)，對不同重金屬離子進(jìn)行選擇性吸附，重點(diǎn)研究鉛、鎘、銅、鋅的選擇性吸附，旨在提高現(xiàn)有吸附劑的選擇性和吸附容量，通過考察改性后三種材料去除水中各種特定重金屬離子的效果，為水質(zhì)安全提供有效的技術(shù)保障，而且對于特殊的水污染狀況提供了吸附劑的解決方法和途徑。 研究意義：重金屬是一類具有很大潛在危害性的重要污染物，其威脅在于它不能再環(huán)境中被微生物分解，相反它可以通過食物鏈以生物放大或生物積累的形式對環(huán)境和人體健康造成

9、危害。 復(fù)合功能化的介孔材料對重金屬的吸附分離是去除水體中低濃度金屬離子污染物的很有效的方法。將含有N供電子原子的氨基官能團(tuán)的配體被嫁接到介孔材料表面，可用來吸附Cu2+、Pb2+、Zn2+、 Cr3+等重金屬離子。介孔材料表面經(jīng)配體改性后，能夠吸附各種不同的重金屬離子，在水處理領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。實(shí)驗(yàn)與測試實(shí)驗(yàn)與測試 本次實(shí)驗(yàn)合成了3種復(fù)合功能化的介孔材料，分別是MCM-41-NH-SH，MCM-41-SH-NH和MCM-41-SH(-NH) 選取Cu2+、Pb2+、Cr3+、Zn2+作為研究對象，按照標(biāo)準(zhǔn)JC/T2021-2010來進(jìn)行溶液配制。 首先稱取硝酸銅（分子量187.57）0

10、.093g來配制1000ml的0.5mmolL-1的Cu2+離子溶液；硝酸鉛（分子量331.21）0.17g來配制1000ml的0.5 mmolL-1 Pb2+離子溶液；硝酸鉻（分子量400.15）0.2g來配制1000ml的0.5 mmolL-1 Cr3+離子溶液；硝酸鋅（分子量297.49）0.15g來配制1000ml的0.5 mmolL-1 Zn2+離子溶液。 取0.1 g 介孔材料加入到100mL的0.5mmol /L 的金屬離子硝酸鹽溶液中，吸附一定的時(shí)間后抽濾取樣，用TAS-986原子吸收分光光度計(jì)測定濾液中殘余金屬離子的含量。重金屬去除率( ，%) 和吸附容量( R，mol /g

11、) 的計(jì)算公式分別為： 式中，C0為溶液吸附前濃度( mmol /L) ， Ct為溶液吸附后濃度( mmol /L) ， m 為加入介孔材料的質(zhì)量( g) ， V 為吸附溶液的體積( mL)。 %10000CCCtmVCCRt0Back to school結(jié)果分析與討論結(jié)果分析與討論分別取0.10g功能化改性的MCM-41介孔材料MCM-41-NH-SH，MCM-41-SH-NH，MCM-41-SH(-NH)分別加入到含有100ml調(diào)節(jié)pH=4的混合重金屬離子溶液的250ml錐形瓶中，攪拌分別取10min，30min，60min，180min，360min時(shí)的重金屬離子溶液的上層清液于試劑瓶中

12、，編號測試Back to school介孔材料對混合介孔材料對混合Cu2+的吸附的吸附 0501001502002503003504000.4750.4800.4850.4900.4950.500 MCM-41-NH-SH MCM-41-SH-NH MCM-41-SH(-NH)cCu()(mmol/L)時(shí) 間(min)從圖中可以看出，MCM-41-SH(-NH)對Cu()的吸附能力較小，在180分鐘的時(shí)吸附達(dá)到平衡，吸附容量最大，為14.2mol /g ，Cu()去除率為2.84%。 MCM-41-NHSH在這三種材料中對Cu()吸附性能最好，在平衡的時(shí)候?qū)u()吸附容量約為24.6mol

13、/g , Cu()去除率為4.92%。 MCM-41-SH-NH對Cu()的吸附也是在180分鐘逐漸趨入平衡 ，在360分鐘時(shí)的吸附容量最大，為21.1mol /g ，Cu()的去除率達(dá)到4.22%。 Back to school介孔材料對混合介孔材料對混合Pb 2+的吸附的吸附 0501001502002503003504000.250.300.350.400.450.50 MCM-41-NH-SH MCM-41-SH-NH MCM-41-SH(-NH)cPb()(mmol/L)時(shí) 間(min)從圖中可以看出，在30分鐘之前就接近吸附平衡，此時(shí)3種功能化介孔材料對Pb()吸附容量接近，在36

14、0分鐘時(shí) ，三種材料對Pb()都達(dá)到吸附平衡，MCM-41-NH-SH對Pb()的的吸附容量為229.2mol /g ，對Pb()的去除率達(dá)到45.84% ；MCM-41-SH-NH對Pb()的的吸附容量為224.8mol /g ，對Pb()的去除率是44.96%； MCM-41-SH(-NH)對Pb()吸附容量為232.9mol /g ，對Pb()的去除率為46.58%。 Back to school介孔材料對混合介孔材料對混合Cr3+的吸附的吸附 0501001502002503003504000.200.250.300.350.400.450.50 MCM-41-NH-SH MCM-41

15、-SH-NH MCM-41-SH(-NH)cCr()(mmol/L)時(shí) 間(min)在60分鐘之前，溶液中的Cr()的濃度減小很快，吸附速率在之后實(shí)驗(yàn)時(shí)間里逐漸減小。MCM-41-NH-SH在吸附平衡的時(shí)候即360分鐘時(shí)對Cr()的吸附容量為250mol /g ，對Cr()的去除率為50.0%。 MCM-41-SH-NH對Cr()的吸附性比MCM-41-NH-SH稍大，同時(shí)在吸附平衡的時(shí)（360分鐘）是對Cr()的吸附量為268.7mol /g ，對Cr()的去除率為53.74%。 3種材料中的MCM-41-SH(-NH)對Cr()的吸附能力最好，在360分鐘左右達(dá)到了平衡，此時(shí)MCM-41-

16、SH(-NH)對Cr()的吸附容量為290.6 mol /g ，對Cr()的去除率為58.12%。 Back to school介孔材料對混合介孔材料對混合Zn2+ 的吸附的吸附 0501001502002503003504000.4820.4840.4860.4880.4900.4920.4940.4960.4980.500 MCM-41-NH-SH MCM-41-SH-NH MCM-41-SH(-NH)cZn()(mmol/L)時(shí) 間(min)在60分鐘之內(nèi)功能化介孔材料吸附的Zn()幾乎達(dá)到了吸附平衡時(shí)的對Zn()吸附容量。在60分鐘到360分鐘之間，混合溶液中的Zn()濃度減小的幅度很

17、小，360分鐘時(shí)MCM-41-NH-SH, MCM-41-SH-NH和MCM-41-SH(-NH)三種材料對Zn()的吸附容量分別為11.7mol /g ，16 mol /g 30.6 mol /g ，對Zn()的去除率分別為2.34%，3.2%，6.12%。由圖也可以看出，對Zn()吸附能力最好的材料是MCM-41-SH-NH，其次是MCM-41-SH(-NH)，最差的是MCM-41-NH-SH。 本實(shí)驗(yàn)配制了濃度為0.5mmol/L的四種混合離子Cu()，Zn()，Cr()，Pb()的溶液，為重金屬離子吸附提供模擬重金屬離子的環(huán)境。 從吸附數(shù)據(jù)可以看到在pH等于4時(shí)三種功能化介孔材料對Pb

18、()和Cr()有明顯的選擇吸附性，而對Zn()，Cu()吸附能力較差 。Back to school 結(jié)論結(jié)論MCM-41-SH(-NH)對Cr()平衡吸附容量為290.6 mol /g ，去除率達(dá)到58.12%；MCM-41-SH(-NH)對Pb()吸附量容量為232.9mol /g ，去除率達(dá)46.58%。MCM-41-SH(-NH)在pH=4時(shí)對Cu()吸附容量僅為2.74mol /g對Cu()的去除率僅為13.7%，MCM-41-NH-SH對Zn()吸附容量也只為2.34mol /g ，對Zn()的去除率為11.7%。 Back to school不同功能化的介孔材料對混合重金屬離子的吸附數(shù)據(jù) 介孔材料Cu()Zn()Cr()Pb()%R%R%R%RMCM-41-NH-SH4.9224