Grafting Amide onto Activated Carbon Fiber's Surface and Its Application in the Disposal of Heavy Metal Ion Cu2+

利用聚丙烯腈基活性碳纤维(PAN-ACF)表面存在的羧基与氯化亚砜SOCl2发生酰氯化反应后与乙二胺110℃加热回流在其表面接枝胺基、酰胺基团对其进行改性,用傅立叶转换红外光谱仪(FTIR)、X射线光电子能谱仪(XPS)对改性前后活性碳纤维的表面结构和元素结合态及含量变化进行了表征,并将改性后的活性碳纤维(NH-ACF)应用于水体中Cu2+离子的去除处理,用电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)检测被处理溶液中的Cu2+离子浓度变化,进而得出Cu2+离子在NH-ACF上的最大吸附量qmax.结果表明,NH-ACF比未改性处理的PAN-ACF对Cu2+吸附去除能力具有显著的优势,前者约为后者的1.5倍.     

H3PO4改性PS-EDTA树脂对水相中Cu2+、Zn2+和Cd2+的吸附性能研究

大孔氯甲基化聚苯乙烯小球先后与乙二胺、2-氯乙酸反应得EDTA型螯合树脂(PS-EDTA),再用磷酸在室温处理得PS-EDTA/P树脂。PS-EDTA/P树脂被用于水相中Cu2+、Zn2+和Cd2+的吸附净化处理,探讨了溶液的pH值、初始金属离子浓度、时间、温度等因素对吸附性能的影响,并研究了其对重金属离子的吸附动力学和热力学。结果表明,PS-EDTA/P树脂对Cu2+和Zn2+的吸附符合Langmuir等温式、对Cd2+的吸附符合Freundlich等温式,准二级吸附动力学方程能够很好地描述3种金属离子在树脂上的吸附动力学行为。同时,PS-EDTA/P树脂对重金属吸附的热力学参数表明,PS-EDTA/P树脂对Cu2+、Zn2+和Cd2+的吸附是一个自发的、吸热的过程。已吸附Cu2+、Zn2+和Cd2+的树脂可以用0.1mol/L HCl解吸,解吸后的树脂对Cu2+、Zn2+和Cd2+仍具有较高的吸附量。     

二硫代氨基甲酸键合硅胶对Cu2+吸附性能研究

本文以柱层层析硅胶为原料,用γ-氨丙基三甲氧基硅烷对其表面进行修饰,制得氨基键合硅胶微粒,进而在碱性条件下与二硫化碳反应,合成二硫代氨基甲酸键合硅胶(DTC-SiO2)。以Cu2+为吸附对象,考察DTC-SiO2对金属离子的吸附性能,探讨了溶液pH值、吸附剂用量、初始Cu2+浓度、吸附时间等影响材料吸附效果的因素,并研究了吸附剂对Cu2+的吸附等温线和动力学吸附特性。结果表明,在温度298K下,DTC-SiO2对Cu2+的吸附符合Langmuir等温式,准二级吸附动力学方程能够很好地描述Cu2+在DTC-SiO2上的吸附动力学行为。     

两种有机物改性膨润土对Cu2+和Zn2+的吸附-解吸研究

选用天然有机物料(猪粪降解液)和有机化学试剂[十六烷基三甲基溴化胺(HDTMA)]对钠基膨润土进行表面改性,比较了膨润土对两类有机物的吸附特性,以及两种有机物改性膨润土对Cu2+、Zn2+吸附-解吸性能的差异。结果表明,膨润土对HDTMA和猪粪降解液是优惠吸附,且前者最大吸附量为382.4mg/g,是后者的4.19倍。HDTMA改性膨润土对Cu2+、Zn2+的最大吸附量均大于猪粪降解液改性膨润土,前者分别为后者的1.12倍(Cu2+)和1.09倍(Zn2+),且两种吸附剂对Cu2+的最大吸附量和吸附速率均大于Zn2+。Zn2+在两种改性膨润土上的解吸率均高于Cu2+,且Cu2+、Zn2+在猪粪改性膨润土上的解吸率均要高于在HDTMA改性膨润土的。两种有机物改性的钠基膨润土对重金属离子具有良好的吸附性能,可以用于含重金属废水的处理和重金属污染土壤的钝化修复,而猪粪降解液改性膨润土是环境友好的重金属钝化剂。     

金纳米颗粒作为Cu2+氧化半胱氨酸的可视化指示剂及其应用

Cu2+能选择性氧化半胱氨酸,破坏半胱氨酸与金纳米颗粒之间金硫键的形成,阻止半胱氨酸导致的金纳米颗粒聚集。因而,金纳米颗粒可作为Cu2+氧化半胱氨酸的可视化指示剂,本实验据此建立了高选择性检测Cu2+的色度分析方法。在HCl-NaAc缓冲体系(pH 3.6)中,金纳米颗粒在525 nm处的吸光度值与Cu2+的浓度在8.0×10-8~2.0×10-6mol/L范围内呈良好的线性关系,相关系数为0.9962;检出限(3σ/k)为1.5×10-9mol/L。将本方法用于天然水体中Cu2+的测定,具有较好的精密度和准确度。     

水稻秸秆的改性及其对重金属Cu2+的吸附

重金属Cu2+可直接或间接危害人体,作为天然吸附剂的农业废弃物因价廉易得、来源广泛、吸附高效等优点备受青睐。本文选用水稻秸秆（RS）为吸附原料,分别经酸、碱改性后得到H2SO4-RS和NaOH-RS,通过FT-IR、SEM和BET对改性前后吸附材料的表面官能团、表观形貌和结构等理化性质进行分析,考察投加量、吸附时间、初始Cu2+浓度和离子强度对吸附效果的影响,并结合吸附动力学、吸附等温线和热力学模型对吸附过程进行探讨。结果表明：改性水稻秸秆对Cu2+达到吸附平衡所需的投加量和时间较之未改性RS大大减少,去除率由42.0%分别提升至85.9%（H2SO4-RS）和90.0%（NaOH-RS）;随初始Cu2+浓度和离子强度的增大,RS的吸附性能显著降低,H2SO4-RS有所降低,而NaOH-RS只是稍有下降,NaOH-RS对150 mg/L含Cu2+溶液的去除率仍达到84.2%,离子强度cNaCl = 0.1 mol/L时去除率维持在86.1%。吸附动力学和吸附等温实验表明水稻秸秆对Cu2+的吸附符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温模型;热力学分析显示,相同温度下RS、H2SO4-RS和NaOH-RS吸附Cu2+过程的ΔG逐渐减小,且改性后两种吸附剂的ΔG均小于0,ΔH由改性前的正值转变为负值,说明水稻秸秆改性后吸附Cu2+的自发性更强,为自发的放热过程。     

均三嗪衍生物应用于Fe3+和Cu2+的选择性识别研究

合成了2,4-二甲基-6-(4’-N,N-二甲氨基苯乙烯基)-1,3,5-均三嗪(1)和2-苯乙烯基-4,6-二甲基-1,3,5-均三嗪(2)两种化合物,并对其进行了1H NMR,MS,元素分析等表征.采用吸收光谱法研究了金属离子与化合物间的相互作用,结果显示:化合物1对Fe3+和Cu2+表现出高选择性光谱响应,其最大吸收波长由393 nm分别红移至525 nm和513 nm,溶液颜色由黄色变为粉红色.化合物1与Fe3+结合形成1∶1型配合物,其结合常数为1.8×104L mol-1;与Cu2+结合形成2∶1型配合物,其结合常数为2.6×1010L mol-1.化合物2仅对Fe3+呈现显著的光谱变化,其最大吸收波长由304nm红移至357 nm,而Cu2+的加入未引起光谱明显变化,2与Fe3+亦形成1∶1型配合物,结合常数为1.0×105L mol-1.结果表明Fe3+可能与化合物1和2中三嗪N配位,而Cu2+与化合物1中甲氨基中的N配位.同时考察了其它金属离子如Li+,K+,Mg2+,Ca2+,Co3+,Ni2+,Ag+,Cd2+,Hg2+和Zn2+等离子对化合物1和2吸收光谱的影响,结果显示两者光谱均无明显变化,据此提出了高选择性Fe3+,Cu2+的识别体系.     

杯芳烃接枝超细SiO2的制备及其对Cu2+、Ag+萃取性能的研究

通过对杯[4]芳烃以及杯[6]芳烃上缘进行烯丙基化和硅氢加成2步衍生化反应得到硅氢化杯[4]芳烃以及硅氢化杯[6]芳烃,再将这2种硅氢化杯芳烃衍生物分别接枝到超细SiO₂上。在不同的pH值条件下,就2种杯芳烃接枝超细SiO₂衍生物对水合Cu²⁺及Ag⁺的萃取性能进行了研究。结果表明,与对叔丁基杯芳烃相比较,杯芳烃接枝超细SiO₂衍生物对Cu²⁺和Ag⁺的萃取率都有所提高,其中杯[4]芳烃接枝超细SiO₂对Ag⁺的最高萃取率达到98.78%,杯[6]芳烃接枝超细SiO₂对Cu²⁺的最高萃取率达到67.74%。     

气相中Cu+活化N2O中N-O键反应机理的理论研究

采用密度泛函UB3LYP/6 311+G(2d)方法计算研究了Cu+在基态和激发态下与N2O的反应机理,全参数优化了反应势能面上各驻点的几何构型,用频率分析方法和内禀反应坐标(IRC)方法对过渡态进行了验证,并用UCCSD(T)/6 311G(2d,p)、单点垂直激发、Harvey等人的方法分别进行各驻点单点能校正,单重态和三重态反应势能面交叉点CP确定,最低能量交叉点(MECP)的优化及MECP处相应的自旋 轨道耦合常数(SOC)计算。计算结果表明,该反应为一步反应,SOC值为84.2 cm-1,比较大的SOC值说明了在势能面上CP点处的翻转能够有效的降低反应的活化能,降低活化能值为27.6kJ.mol,增加反应放热126.7kJ.mol,这在动力学和热力学上对反应是非常有利。     

7种胺基键合硅胶的制备及其对重金属Pb2+的吸附

制备了氨丙基键合硅胶（SiO₂-N）、乙二胺-N-丙基键合硅胶（SiO₂-2N）、二乙烯三胺基键合硅胶（SiO₂-3N）、三乙烯四胺基键合硅胶（SiO₂-4N）、四乙烯五胺基键合硅胶（SiO₂-5N）、五乙烯六胺基键合硅胶（SiO₂-6N）和聚乙烯亚胺基键合硅胶（SiO₂-nN）,一步法制备的SiO₂-N和SiO₂-2N的胺基键合密度高达2.07 mmol/g和1.71mmol/g,两步法制备的SiO₂-nN的胺基键合密度为0.02mmol/g,其余胺基键合硅胶中胺基密度约为0.50mmol/g。这7种胺基键合硅胶被用于水溶液中常见重金属离子Pb²⁺的吸附研究。结果表明,在30℃条件下,分别加入10 mL 400 mg/L的Pb²⁺溶液（pH 5）和20 mg胺基键合硅胶进行吸附,10 h后,Pb²⁺吸附量达到最大,吸附过程符合Freundlich等温方程。SiO₂-N、SiO₂-2N、SiO₂-3N、SiO₂-4N、SiO₂-5N、SiO₂-6N和SiO₂-nN对Pb²⁺的吸附量依次为131.28、138.98、85.37、75.22、61.87、79.12和114.06 mg/g,这些胺基键合硅胶在吸附Pb²⁺方面均非常具有潜力。     

MSCB吸附剂去除水体中Ni~(2+)、Cu~(2+)、Cr(Ⅵ)的机制研究

以NaOH和二硫化碳对甘蔗渣进行了改性,通过傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、扫描电镜(SEM)对改性蔗髓纤维(MSCB)进行表征并研究了MSCB去除水中Cr(Ⅵ)、Ni~(2+)、Cu~(2+)的性能。结果表明,MSCB吸附重金属离子的平衡时间为30~60 min,处理含Cr(Ⅵ)浓度在10~40 mg/L范围内的废水去除率达97%以上,比改性前蔗髓纤维(SCB)对Cr(Ⅵ)的吸附率(23.7%)提高了74.35%。对含Ni~(2+)浓度30~60 mg/L的废水去除率达98%以上,吸附容量达59.12 mg/g、对Cu~(2+)浓度在20~55 mg/L废水的去除率在90%以上,吸附容量达49.9 mg/g。对电镀废水中Cr(Ⅵ)处理率达96.69%,吸附量8.16mg/g,出水浓度0.93 mg/L;Ni~(2+)去除率达99.13%,吸附量51.89 mg/g,出水浓度1.06 mg/L,水质澄清。     

α,β-聚（N-2-羟乙基）-L-天冬酰胺的合成及对Pb2+和Cu2+螯合性能的研究

以天冬氨酸热缩聚得到的聚琥珀酰亚胺(PSI)为原料,与乙醇胺通过氨解开环反应,合成了聚天冬氨酸的接枝衍生物α,β-聚(N-2-羟乙基)-L-天冬酰胺(PHEA)。用红外光谱表征了产物的结构;用凝胶色谱测定了分子量分布。研究了PHEA用量、pH值和金属离子初始浓度等对Pb2+和Cu2+去除率的影响,在pH=5.0时,Pb2+的最大去除率为92.48%;在pH=4.5时,Cu2+的最大去除率为89.34%。Pb2+和Cu2+最大静态螯合量分别为25.64mg/g和17.68mg/g。通过XPS分析得知,PHEA与Pb2+螯合时,氮原子和氧原子参与了反应;与Cu2+螯合时,主要是氧原子参与反应。     

咔唑-二氨基马来腈类荧光探针的合成及对Cu2+和ClO-的检测

利用咔唑醛与二氨基马来腈合成了一种对Cu²⁺和ClO^-的响应的荧光探针分子CMN。探针分子与Cu²⁺作用后,紫外吸收光谱在394 nm处的吸光度迅速下降,颜色由黄色褪至无色;荧光光谱在452 nm处的发射峰迅速增强,出现明显的蓝色荧光。探针与ClO^-作用后,溶液发生褪色,并在375 nm和394 nm出现强荧光发射,发出淡蓝色荧光。CMN通过配位过程实现了对Cu²⁺的检测,其检测限为47μmol/L;CMN在ClO^-催化下亚胺键水解得到咔唑醛,实现了对ClO^-的检测,检测限3.06μmol/L。CMN可作为荧光检测试纸快速检测环境中的Cu²⁺和ClO^-。     

Fe3O4-GO-PSC磁性复合材料对水体重金属Pb2+的吸附研究

致力于探究绿色环保的水体重金属污染处理方法,本文以生物废弃材料花生壳作为原料,添加了具有丰富官能团和较大表面积的氧化石墨烯,利用共沉淀法制备出了一种新型的Fe₃O₄-GO-PSC磁性复合材料。采用X射线光电子能谱仪、傅里叶变换红外光谱仪、扫描电镜及比表面分析仪等辅助分析技术,对Fe₃O₄-GO-PSC的结构进行了表征。探究了不同条件下复合材料对Pb²⁺的吸附效果并初探了其吸附机理。实验发现：当pH=5,反应时间为30 min、温度为40℃以及Pb²⁺浓度为40 mg/L时去除效果最佳,吸附率达到97.56%。水体共存离子的种类和浓度均会对Pb²⁺的吸附造成不同程度的影响。吸附动力学与准二级动力学方程拟合一致,吸附热力学与Langmuir吸附模型一致,最大吸附量为140.25 mg/g。该研究所开发的Fe₃O₄-GO-PSC吸附剂对Pb²⁺的去除能力明显优于商业AC吸附剂...     

N-乙基咔唑-3-甲醛席夫碱荧光探针的合成及其检测Cu2+性质

以咔唑为原料,经过两步反应制备得到N-乙基咔唑-3-甲醛,其结构经X射线单晶衍射测定属于单斜晶系,空间群为P2₁/n。再以N-乙基咔唑-3-甲醛与1,3-二氨-2-丙醇为原料,设计、合成了一种新型双席夫碱荧光探针分子CMP。借助荧光光谱在体积比为6∶4的DMSO/H₂O缓冲溶液(Tris-HCl,p H=7.0)中研究了探针CMP对Cu²⁺的选择性识别。研究结果表明,探针CMP与Cu²⁺以1∶2的比例配位,结合常数为1.52×10⁵L·mol^-1,检出限为0.205μmol·L^-1。回收实验表明,探针分子CMP可应用于环境水样中Cu²⁺的检测。     

Ce3+,Tb3+,Eu3+共掺杂Sr2MgSi2O7体系的白色发光和能量传递机理

通过正交试验,采用高温固相法制备了Sr2-x-y-zMgSi2O7∶xCe3+,yTb3+,zEu3+系列样品.使用X射线衍射仪和荧光光谱仪表征了样品的物相和发光性质,并讨论了Ce3+-Tb3+-Eu3+共掺杂Sr2MgSi2O7体系中的能量传递过程.实验结果表明,在327 nm波长激发下,所合成荧光粉的发射峰主要位于387 nm(蓝紫)、542nm(绿)和611 nm(红)处;分别以387,542和611 nm为监控波长,所得激发光谱显示荧光粉在327 nm处有最好的激发.在327 nm光激发下,系列样品发光进入白光区.最优化的荧光粉为Sr1.91MgSi2O7∶0.01Ce3+,0.05Tb3+,0.03Eu3+,其色坐标为(0.337,0.313),是一种潜在的发光二极管(LED)用白色荧光粉.     

壳聚糖-叶酸复合凝胶的制备及Pb2+吸附性能研究

叶酸(FA)通过离子交联壳聚糖构筑了壳聚糖-叶酸水凝胶(CS-FA-HG),利用红外光谱、紫外-可见光谱、电子扫描显微镜等对其结构进行表征,并考察了CS-FA-HG对Pb²⁺的吸附性能。实验结果表明,FA、壳聚糖醋酸盐(CS-Ac)浓度均为35 mg/mL,Na₂CO₃溶液的质量分数为5.0%时,FA钠盐通过静电作用离子交联CS-Ac,形成CS-FA-HG,微观呈枝状纤维结构;在pH 5.0,吸附温度30℃的条件下,80 mg干CS-FA-HG在50 mL初始浓度15 mg/L的Pb²⁺溶液中,对Pb²⁺的吸附量为8.14 mg/g;吸附符合二级动力学方程和Langmuir吸附等温式。CS-FA-HG制备方法简单,绿色环保,无二次污染,在重金属离子吸附方面有潜在应用。     

磁性壳聚糖复合微球的制备及其Cu2+吸附性能

以球磨后的粉煤灰磁珠（MS）颗粒为磁核,通过溶胶凝胶法和反相微乳液法依次包覆SiO₂和壳聚糖（CS）,制备了MS@SiO₂@CS磁性微球。利用扫描电镜及能量色散谱仪、热重分析仪、红外光谱仪、X射线衍射仪、振动样品磁强计对所得样品的结构和磁性进行了系统表征。结果表明,磁珠颗粒表面实现了逐层包覆,较均匀的分散于壳聚糖基体中,MS@SiO₂@CS微球的比饱和磁化强度可达7.04 emu·g^-1。Cu²⁺离子吸附实验表明,所得磁性壳聚糖微球对Cu²⁺具有良好的吸附能力,最大吸附量可达11.08 mg·g^-1;而且可通过磁选法高效固液分离。吸附动力学研究表明,MS@SiO₂@CS微球对Cu²⁺离子的吸附符合准二级动力学模型,以化学吸附为主。     

Ni2P/Cu(OH)2催化剂的制备及其全解水性能研究

通过化学处理法在泡沫铜基底表面生成Cu(OH)₂纳米线,大大增加了基底材料的表面积和导电性.采用水热法在Cu(OH)₂纳米线表面制备片状Ni-CH/Cu(OH)₂前驱体,对Ni-CH/Cu(OH)₂前驱体进行低温磷化得到多级结构Ni₂P/Cu(OH)₂催化剂.通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱仪(XPS)和X射线衍射仪(XRD)对催化剂的物质结构和表面形貌进行了表征.采用线性伏安法、恒电位等技术对催化剂的电化学性能进行测试.在1.0 mol·L^-1 KOH碱性溶液中,当电流密度为10 mA·cm^-2时,Ni₂P/Cu(OH)₂的析氢反应(HER)和析氧反应(OER)过电位分别为133和333 mV,且均具有较好的稳定性.将这种多级结构Ni₂P/Cu(OH)₂催化剂分别用作阳极和阴极进行全解水电解,电流密度达到10 ...     

CaCl2/H2O2引发木质素接枝天然橡胶的制备及其应用研究

添加增容剂是改善极性木质素(LN)与非极性橡胶相容性差的有效措施之一,有助于提高LN补强效果.本文中采用CaCl₂/H₂O₂作为自由基引发体系制备了LN接枝的天然橡胶(LGN),并将其用于天然橡胶(NR)/LN复合材料的界面增容.研究表明,CaCl₂/H₂O₂不但可以引发LN产生大分子自由基,而且会氧化NR双键断裂生成不饱和酮,使NR分子量降低.对接枝过程中加料顺序进行调控,采用CaCl₂/H₂O₂先处理LN,不但可以有效地减轻NR的氧化降解,而且有助于LN产生更多的大分子自由基.采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)对LN、NR和LGN化学结构的表征表明：LN接枝NR的机理为LN的酚羟基自由基与NR的甲基反应形成C―O―C键.得益于LGN优异的界面增容作用,增容后的NR/LN复合材料的拉伸强度和撕裂强度较增容前分别提高了14.3%和7.5%.