快速/大容量/可回收水体重金属应急吸附材料的研究

Heavy metal pollution events happened everywhere around China in recent years and the situation is grim. However the traditional wastewater control methods are usually used as the emergency treatment technology, a new environmental friendly adsorption material with the properties of high adsorption capacity, low cost and easy recovery is need to be developed. In this research, nano magnetic microspheres and chian fiber adsorption materials are prepared with ecological chitosan as raw material and used in heavy metal water pollution emergency treatment.The details of research contents are shown as followed. 1) The optimization of preparation of the new recovery chitosan adsorption materials and the investigation of heavy metal adsorption characteristics of the new materials. 2) the evaluation method of magnetic recycling will be established,the magnetic stability of the nano magnetic microsphere will also be investigated and the magnetic recycling efficiency equation will be established,which lay the foundation for the engineering application of this new adsorption material.3) Aiming at the pollution characteristic of different area and and different control target, combined application of chitosan nano magnetic microsphere and chitosan adsorption chian fiber with high adsorption capacity are developed,which provides theoretical technical support for the combined application of these two new adsorption materials in practical.

近期各地水体重金属污染事件频发，形势严峻；而现有应急处理技术往往无奈沿用普通废水处理的吸附及絮凝方法，亟须针对性开发高吸附容量、造价低廉、环境友好且可回收的优良吸附材料。本研究拟以生态型壳聚糖为原料，分别制备纳米级磁性可回收型高容量吸附剂、链球吸附纤维等新型吸附材料，用于水体重金属污染的应急处理。具体内容包括：1）新型可回收纳米级壳聚糖吸附剂合成方法的优化，在此基础上对新型可回收壳聚糖吸附剂对不同重金属吸附性能进行表征。2）建立磁性回收评价方法，研究新型可回收纳米壳聚糖吸附剂的磁性回收性能及磁稳定性，建立磁性回收的捕集效率方程，为磁性回收技术工程化应用打下基础。3）针对不同的污染区域的特点及控制目的，分别研究适用于纳米磁性微球吸附剂与链球吸附纤维的组合应用方案，为不同类型吸附材料的实际应用提供理论与技术支撑。

针对来重金属污染事件频发，环境污染和社会影响严重，亟需快速控制、应急处理。本研究开发了两大类型的新型吸附剂，对其进行了综合表征及吸附性能研究。一种是磁性壳聚糖材料；一种是纤维状吸附材料。.i)采用壳聚糖材料作为吸附剂，并采用水热氧化-溶胶凝胶方法成功制备了纳米级别的Fe3O4@SiO2@Chitosan颗粒(MCNPs)，该颗粒核心为Fe3O4，中间层为SiO2膜，表层为壳聚糖。这种新型吸附剂对Cd2+和Cu2+吸附速度很快，且具有较大的吸附容量(分别为50.1和41.6mg/g)以及较高的去除率(为75.2%和62.4%)； 能够通过酸洗脱附并多次回用。.ii)用包埋法和戊二醛交联制备Fe3O4/壳聚糖粒子来吸附Cu2+，通过磁滞曲线，温磁曲线，热重，红外和XRD对材料进行表征。吸附动力学，吸附等温线和热力学用于研究其吸附机理。.iii)制备四乙烯五胺改性壳聚糖/CoFe2O4粒子用于对比和竞争吸附Cu(II)和Pb(II)。SEM, FTIR 和XRD表征结果表明成功制备了胺改性壳聚糖/ CoFe2O4粒子。磁性结果表明，该材料的饱和磁化强度为63.83 emu g-1，具有快速的磁响应。.iv)PET基材料主要通过等离子预处理以及接枝丙烯酸和低分子量壳聚糖，制备了PET基功能化纤维材料（PET–AA–CS）。PET–AA–CS纤维通过SEM、接触角、红外光谱、XPS等技术手段进行了表征。吸附结果表明，PET–AA–CS在最佳条件下，PET–AA–CS对铜离子的最大吸附容量为68.97 mg g–1。吸附过程满足Langmuir 吸附等温线和第二动力学模型。.v)棉基纤维吸附材料（CSTEC）用于吸附水体中的铜离子和铅离子。对两种离子的吸附均满足第二动力学模型。CSTEC 对两种离子具有较高的吸附能力 (Cu2+, 95.24; Pb2+, 144.93 mg g-1)。吸附等温线满足Langmuir吸附等温模型。共存离子(K+, Na+, Mg2+)对CSTEC吸附水体中铜离子和铅离子没有明显的影响。.vi)建立磁性回收评价方法，研究新型可回收纳米壳聚糖吸附剂的磁性回收性能及磁稳定性，建立磁性回收的捕集效率方程，为磁性回收技术工程化应用打下基础。