氨基酸改性介孔材料的可控合成和在线分离污水中重金属研究

环境污染问题已成为制约我国可持续发展战略目标实现的最重要因素之一。介孔材料具有大比表面积、可调孔径大小和表面易于进行化学改性等突出优点, 可作为新型的多孔吸附剂。但如何提高介孔吸附剂材料的吸附容量、吸附选择性、稳定性、安全性和实用性等是亟需解决的问题。本课题采用后移植和共沉淀法将氨基酸胺基和（或）巯基等引入介孔材料，通过选择表面活性剂种类和浓度，调节反应温度、pH值和硅源的浓度，添加扩孔剂等获得结构可调、形貌可控的高选择性的新型硅基介孔材料。研究该材料对重金属离子吸附的优化条件，实现对重金属离子的高容量和高选择吸附；并用于固相萃取中用于选择性分离富集污水中重金属离子，与原子光谱联用进行在线检测。吸附后材料可经再生后循环利用。最终建立介孔材料在线富集与原子光谱分析联用的新技术。研究规模量的该材料应用于污水治理中吸附和分离重金属，这对环境保护、人类的健康生活具有社会意义和经济价值。

本项目利用介孔材料具有大的比表面积、高度有序的孔道结构和表面易于化学改性等突出优点。选择了无毒，不易造成二次污染的氨基酸进行改性，分别合成了胺基、半胱氨酸、赖氨酸改性 SBA-15材料。对制备的材料进行了透射电镜、X射线衍射、傅里叶红外光谱等表征；结果表明，改性后介孔材料仍保持良好的介孔结构，且改性基团成功键合到介孔材料上。随后同原子光谱仪器联用实现对重金属离子的在线分离富集和测定。具体研究结果如下：.① 胺基改性介孔材料在pH=2时选择性吸附六价铬，将其应用到流动注射-火焰原子吸收光谱在线测定六价铬，方法检出限达到0.2 μg/L，精密度2.1 %（n= 11），线性范围为10-100 μg/L，相关系数为0.9997，循环使用次数可达100次；.②半胱氨酸改性介孔材料选择性吸附汞离子，且不受pH影响，其对汞离子最大饱和吸附量达到429 mg/g，且能实现快速吸附（2 min内吸附率达到98%以上）；建立了流动注射-液体阴极辉光光谱测定痕量汞离子方法，方法检出限降低至0.8 μg/L，此检出限优于现有文献报道，线性范围为1-100 μg/L，其相关系数为0.9973；.③赖氨酸改性介孔材料对钪元素在pH=5时具有良好的吸附性能，最大饱和吸附量达到35.29 mg/g。同时由于赖氨酸侧链中氨基的引入使其对六价铬也能选择性吸附，将其应用到流动注射-液体阴极辉光光谱在线Cr价态分析中，实现了液体阴极辉光光谱对Cr价态分析，提高了其对Cr灵敏度，该方法Cr检出限为0.75 μg/L，线性范围为10-10000 μg/L，其相关系数为0.9997。.④通过简单的共沉淀法合成半胱氨酸改性SBA-15材料，其表征结果表明共沉淀法合成的半胱氨酸改性SBA-15材料仍保持了二维六方介孔结构，但其有序性下降；在饱和吸附条件下，10 min内对Hg(II)吸附率达到80%；在竞争离子的存在下，可实现选择性吸附，Hg(II)饱和吸附量达到135 mg/g。.⑤制备了新型的氧化石墨烯/介孔SBA-15复合材料，材料保留了SBA-15的介孔结构，改善了氧化石墨烯在水溶液中难分离的不足；且可选择性吸附铅离子，饱和吸附量为255.10 mg/g，在10分钟内达到吸附平衡。随后建立了流动注射-液体阴极辉光光谱在线检测痕量铅的新方法，该方法检出限为0.91 µg/L，线性范围为0.01-2 mg/L