新型三维网络结构复合膜的制备及其对重金属离子吸附机理的研究

膜吸附-分离作为一种高效清洁节能技术，近年来在治理水体污染方面取得很大进展，然而适合土壤重金属污染治理的具有高吸附容量且环境友好的有机-无机复合膜材料的研究却较少。因此，本研究拟设计并制备一种适用于治理重金属污染土壤的具有优良吸附性能的新型三维网络结构壳聚糖-聚乙烯醇/黏土复合膜。首先采用磷酸酯化的方法对聚乙烯醇进行改性，提高其与壳聚糖之间的相容性；利用超声波技术、酸处理和有机化处理对黏土进行改性，使黏土无机相与聚合物相之间的相互作用增强；然后借助高速搅拌实现聚乙烯醇衍生物与壳聚糖高分子链的互穿，形成三维网络结构；最后采用溶液浇铸法获得壳聚糖-聚乙烯醇/黏土复合膜；并借助冷冻-解冻及戊二醛交联技术，使膜的三维网络结构得以强化。本研究旨在探索此类复合膜的合成方法及其对重金属离子的吸附机理，为实际推广应用奠定实验和理论基础，也为研究和设计其它类型聚合物/黏土纳米复合材料提供借鉴。

本项目计划以壳聚糖、聚乙烯醇和无机黏土为原料，设计并制备出具有优良重金属吸附性能的新型三维网络结构壳聚糖-聚乙烯醇/黏土复合膜，探索复合膜的有效制备方法，揭示材料的复合机理及其对重金属离子的吸附机理，进一步优化复合膜的分子结构设计。研究结果拟申请专利1项，发表SCI 研究论文3~4篇，培养硕士研究生1~2名。.本项目基本按照计划书中拟定的研究计划执行，各项任务指标均已完成。制备出了具有优异重金属吸附性能的三维网络结构纳米复合颗粒材料和复合膜材料，揭示了三维网络结构复合材料的复合机理及其对重金属离子的吸附机理。其研究结果已经申请中国发明专利1项，在国际知名期刊Chemical Engineering Journal，Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects和Water Science & Technology上发表SCI论文4篇，另有1篇文章正在撰写中。项目研究经费协助培养博士研究生1名。.另外，在项目执行过程中，我们根据实际研究情况对部分研究内容进行了拓展。我们采用先戊二醛交联后冷冻-解冻交联的方法，制备出一种具有三维网络结构的颗粒状纳米复合材料。我们对该系列纳米复合材料的制备方法、复合机理、及其对重金属离子的吸附性能及吸附机理进行了深入、细致的研究研究。结果发现，该系列纳米复合材料能够优先吸附水体中的汞离子，对汞离子的吸附容量可以达到585.90mg/g。为验证该系列三维网络结构高效脱汞吸附材料的在工业含汞废水中的处理效果，我们以氯碱工业含汞废水为处理对象，开展了中试试验验证。验证结果表明，含汞废水经该脱汞吸附材料处理后，其中汞浓度大大降低，出水汞浓度远低于国家排放标准（0.005 mg/L）。该材料若获应用，未来有望在含汞废水的有效处理及汞污染的有效防控方面做出重要贡献。