层状硫属吸附剂的结构调控及对重金属离子的吸附解吸机理

How to reduce the pollution of heavy metal effectively, and control the potential health risks of heavy metals on the human body, which finally develop an efficient technology to remove and recover heavy metals, have become the focused issue in the field of environmental engineering all over the world. This proposal is based on synthesis of one promising adsorbent, layered chalcogenides, and intended to investigate the relations between physical chemistry properties of the adsorbent and chemical composition, layer-space and stoichiometric ratio of elements, which to establish the controllable preparation of series of layered chalcogenides. The intercalation structural characterization of layered chalcogenides and mechanism of matching various dominant heavy metals will be studied in order to reveal the selection of certain heavy metals by adsorbent. The effects of heavy metals on the structures and morphologies of layered chalcogenides and molecular structure-activity relationship also will be studied completely. The collaborative control based on the intercalation capture, ion exchange, coordination bond and lattice substitution will be established. The purpose of this proposal is to provide an important technology and theory for the pollution control and heavy metal recycle in practice.

如何有效解决重金属污染问题、控制重金属对人体造成的潜在健康风险，开发高效去除与回收重金属技术已成为国内外环境工程领域研究的热点与难点问题。本项目拟以层状硫属化合物吸附剂的可控合成为基础，研究层状硫属化合物吸附剂的物理化学性质与化学组分、层间距以及元素化学计量比的关系，建立系列层状硫属化合物的可控制备方法，阐明与各类重金属优势作用的层状硫属化合物插层结构特性与重金属匹配的作用原理，揭示层状硫属化合物吸附剂选择去除重金属的作用机制，定性定量表达重金属对硫属化合物结构和形貌转化的影响效应与分子构效关系，建立基于插层捕获、离子交换、配位络合与晶格取代过程协同的微界面调控方法，构建层状硫属化合物吸附剂与重金属的回收利用技术原理与方法，该研究为重金属的污染治理与回收利用提供重要的科学依据和技术基础。

有效解决重金属污染问题、控制重金属对人体造成的潜在健康风险，开发高效去除与回收重金属技术已成为国内外环境工程领域研究的热点与难点问题。通过项目的施行，本项目实现了层状硫属化合物吸附剂的可控制备及结构形貌表征，考察并明确了硫属化合物结构形貌特征与重金属优势作用的关系，阐明层状硫属化合物与重金属的匹配作用和去除机理，考察了回收利用层状硫属化合物吸附材料的可能性。主要完成了以下研究内容： 1.采用水热反应技术，优化可控合成无机层状硫属化合物 [K2xMnxSn3xS6 (x=0.5–0.95)]（KMS-1），开发了Sn，Mn，S，甲胺水溶液在反应釜中水热反应制备了新型的层状有机无机杂化硫属化合物[CH3NH3]2xMnxSn3-xS6·0.5H2O (x=0.5-1.1) (CMS)等系列层状硫属化合物，通过元素分析仪，SEM-EDX, ICP-OES, DTG, XPS等手段表征了CMS的化学结构、化学计量比等物化参数，实现CMS的可控制备方法；筛选出具有优异去除重金属、高吸附容量、结构耐酸能力强的层状硫属化合物；实现了CMS结构中插层CH3NH3可以和重金属离子进行离子交换。2.研究了KMS-1和CMS对重金属阳离子Cd2+、Pb2+、六价铬Cr(VI)和Cu2+等不同重金属的吸附去除效果，研究了层状硫属化合物去除各类重金属的机理与分子构效关系。3.考察了水质条件和工艺要素，如：溶液pH值，反应时间，离子浓度，竞争离子和反应温度的影响；确定了去除重金属的最佳水质条件和工艺条件。4.研究开发了具有实际工程应用价值的大颗粒或者磁性硫属化物复合材料去除重金属，探索了其结构及去除污染物的效果，考察了层状硫属化合物吸附材料的回收利用可能性。所取得的结果对去除水体中的重金属污染具有理论指导和实际应用参考价值。.通过项目的实施，制备出4种明显具有选择去除重金属、吸附容量高、结构耐酸能力强的层状硫属化合物材料，项目已发表论文13篇（其中SCI论文12篇），待发表论文2篇，申请发明专利2项（授权1项），举办和参加国内外学术会议5次（应邀作报告4次），参加学术交流1次，培养博士后1名，博士生2名，硕士生3名。部分结果在实际工程中进行了小试。