重金属选择性分离答辩PPT

1、Wondershare software功能化介孔材料功能化介孔材料对金属离子选择性分离的研究对金属离子选择性分离的研究 专业：环境工程 作者：指导老师：Back to school 摘要摘要 本论文着眼于功能复合化介孔材料用于重金属选择性吸附的研 究进展及应用前景，重点研究比较了Cu2+、Pb2+、Cr3+、Zn2+等四种重金属离子在MCM-41-NH-SH，MCM-41-SH-NH和MCM-41-SH(-NH)三种功能复合化介孔材料上的竞争吸附能力，并利用原子吸收光谱测定模拟水中重金属离子的浓度变化，从而研究功能化材料对各金属离子的选择性吸附性能。研究结果表明经功能化改性后的材料的吸附性能

2、优越，在四种重金属离子同时存在的混合溶液中，Pb2+竞争吸附能力最强，其次是Cr3+，最差的是Cu2+和Zn2+。 论文主要内容论文主要内容Back to school文献综述文献综述实验与测试实验与测试结果分析与讨论结果分析与讨论结论结论文献综述文献综述1.重金属的危害2.重金属的资源回收状况3.重金属选择性分离的重要性4.目前重金属回收状况5.本论文研究内容、目的和意义 Back to school重金属对人体的危害重金属对人体的危害铜（铜（Cu2+）铅（铅（Pb2+）铬（铬（Cr3+）锌（锌（Zn2+）铜对人体造血、细胞生长，人体某些酶的活动及内分泌腺功能均有影响。如摄入过量的铜，就会刺

3、激消化系统，引起腹痛、呕吐。 环境中的铅及其化合物主要是从消化道及呼吸道进入人体,随血液循环流至全身,主要分布于肝、肾、脾、胆、脑中,尤以肝、肾中的浓度最高。 三价铬在动物体内的肝、肾、脾和血中不易积累，而在肺内存量较多，因此对肺有一定的伤害。三价铬对抗凝血活素有抑制作用。 过量的锌会引起急性肠胃炎症状，如恶心、呕吐、腹痛、腹泻、偶尔腹部绞痛，同时伴有头晕、周身乏力。 Back to school重金属的资源回收状况重金属的资源回收状况重金属污水是对环境污染最严重和对人类健康危害最大的工业污水。迄今为止，无论国内还是国外，对重金属污水的治理仍不够完美和彻底，远未能杜绝重金属污水对环境的污染。我

4、国一些水体的汞、砷、铅、氟和镉污染还相当严重。 目前重金属污水无论采用何种方法处理都不能使其中的重金属分解破坏，只能转移其存在的位置和转移其物理和化学形态。因此，无论从杜绝环境的污染，还是从资源合理利用来考虑，必须采取多方面的综合性措施。 重金属是我们生活、生产中很重要的原料。如铁、铜、金、银等，它们的重要性是不言而喻的。大家都知道，地球上的资源是有限的，重金属也不例外。有色冶金工厂的污水往往不止含有一种重金属，而是含有多种重金属，重金属会在水体、土壤等自然环境中不断累积、储存，然后通过食物链作用进入生物体并逐渐富集，最后进入人体，危害人体健康。多种重金属的低回收利用率不仅会危害生态环境和人类

5、健康，而且是对自然资源的严重浪费。 选择性分离废水中的重金属离子，在去除自然水体中的重金属，防止其对自然环境和人类健康的同时，可以对自然资源的昂贵重金属进行分类回收，以达到环境保护和资源回收利用的双赢结果。 Back to school重金属选择性分离的重要性重金属选择性分离的重要性目前重金属离子分离回收状况目前重金属离子分离回收状况 分离和回收重金属的方法主要包括化学法、膜分离法、溶剂萃取法、吸附法等。 其中，化学沉淀法因简单、易操作而成为常规技术，但由于固液分离难、去除效果差、药剂耗量大、二次污染等原因使推广应用面临显著制约。 溶剂萃取法分离效果良好、可连续操作易自动化，但存在反萃困难，有

6、机相易流失、毒性大、污染严重，操作强度大，成本高等问题。 膜分离法具有节能、无相变、分离效果好等优点，主要缺点是膜组件成本高，在使用中膜易污染而导致通量下降影响去除效果，严重制约了膜分离法的应用。 吸附法相对其他方法具有环境污染小、吸附速率快、吸附剂可再生、再生性能好等诸多优势。常见的重金属吸附剂包括活性炭、矿物材料、生物吸附剂、离子交换树脂等。 功能化介孔材料对重金属的吸附原理功能化介孔材料对重金属的吸附原理吸附是利用吸附剂对液体或气体中某一组分具有选择性吸附的能力，使其富集在吸附剂表面的过程。吸附主要包括两种吸附方式：物理吸附和化学吸附。其中物理吸附作用力为分子间引力即范德华力、无选择性、

7、无需高活化能、吸附层可以是单层，也可以是多层、吸附和解吸附速度通常较快，而且随着温度的升高，物理吸附的吸附量大小减小。化学吸附的作用力为化学键合力，需要高活化能、只能以单分子层吸附，选择性强、吸附和解吸附速度较慢，温度的升高有利于化学吸附量的提高。功能化介孔材料对重金属离子的吸附既有物理吸附又包括有化学吸附。 本论文研究内容、目的和意义本论文研究内容、目的和意义 研究内容：（1）在介孔材料MCM-41上做功能化改性，制备了复合功能化材料MCM-41-NH-SH，MCM-41-SH-NH和MCM-41-SH(-NH)；（2）将制得的三种复合功能化的介孔材料来对混合金属离子进行选择性吸附，得到不同

8、重金属离子在不同材料上的竞争吸附能力的强弱。 研究目的：本实验以MCM-41为基础，对该材料进行复合功能化，制得MCM-41-NH-SH，MCM-41-SH-NH和MCM-41-SH(-NH)，对不同重金属离子进行选择性吸附，重点研究铅、镉、铜、锌的选择性吸附，旨在提高现有吸附剂的选择性和吸附容量，通过考察改性后三种材料去除水中各种特定重金属离子的效果，为水质安全提供有效的技术保障，而且对于特殊的水污染状况提供了吸附剂的解决方法和途径。 研究意义：重金属是一类具有很大潜在危害性的重要污染物，其威胁在于它不能再环境中被微生物分解，相反它可以通过食物链以生物放大或生物积累的形式对环境和人体健康造成

9、危害。 复合功能化的介孔材料对重金属的吸附分离是去除水体中低浓度金属离子污染物的很有效的方法。将含有N供电子原子的氨基官能团的配体被嫁接到介孔材料表面，可用来吸附Cu2+、Pb2+、Zn2+、 Cr3+等重金属离子。介孔材料表面经配体改性后，能够吸附各种不同的重金属离子，在水处理领域有着广泛的应用前景。实验与测试实验与测试 本次实验合成了3种复合功能化的介孔材料，分别是MCM-41-NH-SH，MCM-41-SH-NH和MCM-41-SH(-NH) 选取Cu2+、Pb2+、Cr3+、Zn2+作为研究对象，按照标准JC/T2021-2010来进行溶液配制。 首先称取硝酸铜（分子量187.57）0

10、.093g来配制1000ml的0.5mmolL-1的Cu2+离子溶液；硝酸铅（分子量331.21）0.17g来配制1000ml的0.5 mmolL-1 Pb2+离子溶液；硝酸铬（分子量400.15）0.2g来配制1000ml的0.5 mmolL-1 Cr3+离子溶液；硝酸锌（分子量297.49）0.15g来配制1000ml的0.5 mmolL-1 Zn2+离子溶液。 取0.1 g 介孔材料加入到100mL的0.5mmol /L 的金属离子硝酸盐溶液中，吸附一定的时间后抽滤取样，用TAS-986原子吸收分光光度计测定滤液中残余金属离子的含量。重金属去除率( ，%) 和吸附容量( R，mol /g

11、) 的计算公式分别为： 式中，C0为溶液吸附前浓度( mmol /L) ， Ct为溶液吸附后浓度( mmol /L) ， m 为加入介孔材料的质量( g) ， V 为吸附溶液的体积( mL)。 %10000CCCtmVCCRt0Back to school结果分析与讨论结果分析与讨论分别取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)分别加入到含有100ml调节pH=4的混合重金属离子溶液的250ml锥形瓶中，搅拌分别取10min，30min，60min，180min，360min时的重金属离子溶液的上层清液于试剂瓶中

12、，编号测试Back to school介孔材料对混合介孔材料对混合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)时 间(min)从图中可以看出，MCM-41-SH(-NH)对Cu()的吸附能力较小，在180分钟的时吸附达到平衡，吸附容量最大，为14.2mol /g ，Cu()去除率为2.84%。 MCM-41-NHSH在这三种材料中对Cu()吸附性能最好，在平衡的时候对Cu()吸附容量约为24.6mol

13、/g , Cu()去除率为4.92%。 MCM-41-SH-NH对Cu()的吸附也是在180分钟逐渐趋入平衡 ，在360分钟时的吸附容量最大，为21.1mol /g ，Cu()的去除率达到4.22%。 Back to school介孔材料对混合介孔材料对混合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)时 间(min)从图中可以看出，在30分钟之前就接近吸附平衡，此时3种功能化介孔材料对Pb()吸附容量接近，在36

14、0分钟时 ，三种材料对Pb()都达到吸附平衡，MCM-41-NH-SH对Pb()的的吸附容量为229.2mol /g ，对Pb()的去除率达到45.84% ；MCM-41-SH-NH对Pb()的的吸附容量为224.8mol /g ，对Pb()的去除率是44.96%； MCM-41-SH(-NH)对Pb()吸附容量为232.9mol /g ，对Pb()的去除率为46.58%。 Back to school介孔材料对混合介孔材料对混合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)时 间(min)在60分钟之前，溶液中的Cr()的浓度减小很快，吸附速率在之后实验时间里逐渐减小。MCM-41-NH-SH在吸附平衡的时候即360分钟时对Cr()的吸附容量为250mol /g ，对Cr()的去除率为50.0%。 MCM-41-SH-NH对Cr()的吸附性比MCM-41-NH-SH稍大，同时在吸附平衡的时（360分钟）是对Cr()的吸附量为268.7mol /g ，对Cr()的去除率为53.74%。 3种材料中的MCM-41-SH(-NH)对Cr()的吸附能力最好，在360分钟左右达到了平衡，此时MCM-41-

16、SH(-NH)对Cr()的吸附容量为290.6 mol /g ，对Cr()的去除率为58.12%。 Back to school介孔材料对混合介孔材料对混合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)时 间(min)在60分钟之内功能化介孔材料吸附的Zn()几乎达到了吸附平衡时的对Zn()吸附容量。在60分钟到360分钟之间，混合溶液中的Zn()浓度减小的幅度很

17、小，360分钟时MCM-41-NH-SH, MCM-41-SH-NH和MCM-41-SH(-NH)三种材料对Zn()的吸附容量分别为11.7mol /g ，16 mol /g 30.6 mol /g ，对Zn()的去除率分别为2.34%，3.2%，6.12%。由图也可以看出，对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。 本实验配制了浓度为0.5mmol/L的四种混合离子Cu()，Zn()，Cr()，Pb()的溶液，为重金属离子吸附提供模拟重金属离子的环境。 从吸附数据可以看到在pH等于4时三种功能化介孔材料对Pb

18、()和Cr()有明显的选择吸附性，而对Zn()，Cu()吸附能力较差 。Back to school 结论结论MCM-41-SH(-NH)对Cr()平衡吸附容量为290.6 mol /g ，去除率达到58.12%；MCM-41-SH(-NH)对Pb()吸附量容量为232.9mol /g ，去除率达46.58%。MCM-41-SH(-NH)在pH=4时对Cu()吸附容量仅为2.74mol /g对Cu()的去除率仅为13.7%，MCM-41-NH-SH对Zn()吸附容量也只为2.34mol /g ，对Zn()的去除率为11.7%。 Back to school不同功能化的介孔材料对混合重金属离子的吸附数据 介孔材料Cu()Zn()Cr()Pb()%R%R%R%RMCM-41-NH-SH4.9224