本文關(guān)鍵詞：保水劑負(fù)載納米水合錳氧化物制備及其去除鎘的研究

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【摘要】：目前南方耕地中重金屬鎘污染已成為嚴(yán)重的環(huán)境問題。土壤重金屬鎘污染不但制約著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和同時(shí)也影響社會(huì)穩(wěn)定。據(jù)報(bào)道,湖南1/3左右的耕地被鎘污染,且多次引發(fā)突發(fā)性污染事件,特別是2011年和2013年發(fā)生的“鎘米”事件,沉重地沖擊了我省稻米市場(chǎng),影響社會(huì)穩(wěn)定。根據(jù)我國(guó)地少人多的現(xiàn)狀,我們不可能停止所有在重金屬鎘污染土壤尤其是中輕度污染耕地上的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng),或者將其轉(zhuǎn)變?yōu)榉寝r(nóng)業(yè)用地。因此,發(fā)展原位固定土壤中重金屬鎘的技術(shù),實(shí)現(xiàn)邊生產(chǎn)邊修復(fù)具有重要的意義。納米材料對(duì)重金屬鎘具有很強(qiáng)的吸附固定作用,在原位固定土壤中鎘具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。然而,納米材料表面極不穩(wěn)定,易聚集,易受環(huán)境干擾,嚴(yán)重影響其在土壤中的實(shí)際應(yīng)用效果。而將納米材料架構(gòu)在具有強(qiáng)吸水能力的聚合物上,不但解決了納米材料在土壤中易聚集的難題,而且能夠防止土壤中大分子有機(jī)質(zhì)及粘土礦物對(duì)其吸附固定重金屬鎘的干擾。本文利用共聚合成的方法,將納米水合錳氧化物(MO)負(fù)載在保水劑：聚丙烯酰胺-丙烯酸鈉(PP)上,制成有機(jī)-無機(jī)復(fù)合材料(PPM)。利用紅外光譜分析(FTIR)、X射線衍射光譜(XRD)、X光電子能譜(XPS)、透射電鏡(TEM)、掃描電鏡(SEM)和色散譜(EDS)等方法對(duì)復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及其吸附的機(jī)制進(jìn)行分析。同時(shí)研究了不同鎘濃度、pH、時(shí)間、競(jìng)爭(zhēng)性陽離子等因素對(duì)PPM吸附鎘的影響。TEM顯示復(fù)合體中大部分MO粒徑分布在5-20 nm。吸附實(shí)驗(yàn)表明PP負(fù)載一定量MO(1.05%)后能顯著提高其對(duì)溶液中鎘的去除能力,當(dāng)鎘濃度達(dá)到100 mg/L時(shí),PPM的吸附容量達(dá)到507.98 m/g,而PP為281.19 m/g。同時(shí)在0.1 mol/L NaCl條件下,PPM比PP表現(xiàn)出更好的吸附能力,表明其MO具有一定的抗鹽干擾的能力。XPS顯示67%的鎘被MO吸附,而33%的鎘被PP吸附,這主要是基于道南定律(PP對(duì)陽離子預(yù)富集作用)和MO對(duì)鎘的強(qiáng)專屬吸附聯(lián)合作用所致。通過模擬PPM存在于土壤中的情況,設(shè)置淋濾實(shí)驗(yàn)和萌發(fā)實(shí)驗(yàn)探究材料吸附滲透液中鎘的效應(yīng)及對(duì)白菜種子萌芽及生長(zhǎng)影響。結(jié)果顯示淋濾實(shí)驗(yàn)干濕交替和濕兩組中PPM吸附效率基本相同,分別為90%和91%。在100 mg/L培養(yǎng)液中添加PPM培育出來的白菜芽長(zhǎng)(2.0 cm)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于不加PPM的芽長(zhǎng)(0.9 cm),表明該復(fù)合材料施用于土壤中能有效地凈化土壤中含鎘滲透液,固化土壤滲透液中的重金屬離子,阻止重金屬離子向植物體內(nèi)遷移。在實(shí)際應(yīng)用中土壤溶液中鈣離子的濃度約為鎘的103-105倍,嚴(yán)重干擾固定劑對(duì)鎘的固定效果。通過Materials Stuido軟件計(jì)算,氨基對(duì)鎘離子具有一定的選擇性吸附。為提高材料對(duì)鎘離子的選擇性,向原材料中添加丙烯胺單體(AN),使丙烯胺和丙烯酸的配比達(dá)到1：1,形成氨基強(qiáng)化的保水劑負(fù)載納米水合錳氧化物復(fù)合體(PPM-NH2),并研究了其在鈣離子干擾下對(duì)鎘的吸附情況。結(jié)果顯示,在不同鈣鹽濃度干擾下PPM-NH2比PPM吸附效率要高。當(dāng)溶液中鈣濃度為2 mol/L,鎘濃度為100 m/L時(shí)PPM-NH2的吸附效率為17.6%,而PPM的吸附效率為‘3.8%。當(dāng)溶液中鈣濃度為0.2 mol/L,鎘濃度為1 mg/L時(shí)PPM-NH2的吸附效率為26.4%,而PPM的吸附效率為15.1%。并探究在不同有機(jī)酸、競(jìng)爭(zhēng)性陽離子濃度下對(duì)鎘吸附的影響。除了腐殖酸外,PPM-NH2吸附效率隨著有機(jī)酸濃度增加逐步下降。同等離子摩爾濃度下,不同離子對(duì)PPM-NH2的干擾排序?yàn)镃a2+Mg2+Na+。種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)表明在0.01 mol/L濃度的鈣和1 mg/L的鎘離子存在條件下PPM-NH2比PPM對(duì)鎘吸附更具選擇性。
【關(guān)鍵詞】：聚丙烯酰胺 聚丙烯酸鈉 保水劑 水合錳氧化物 丙烯胺 鎘 土壤
【學(xué)位授予單位】：湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：X53
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstrract6-12
• 第一章 緒論12-25
• 1 土壤中鎘的污染狀況及治理研究進(jìn)展12-19
• 1.1 土壤中鎘的來源和分布12-14
• 1.1.1 鎘的來源12-13
• 1.1.2 鎘在土壤中的形態(tài)及分布狀況13-14
• 1.2 土壤中鎘的危害14-15
• 1.2.1 鎘對(duì)農(nóng)作物的危害14
• 1.2.2 鎘對(duì)土壤微生物的危害14
• 1.2.3 鎘對(duì)土壤中土居動(dòng)物蚯蚓的的危害14-15
• 1.2.4 鎘對(duì)人體的危害15
• 1.3 土壤重金屬修復(fù)措施15-19
• 1.3.1 工程修復(fù)15-16
• 1.3.2 物化修復(fù)16
• 1.3.3 化學(xué)修復(fù)16-17
• 1.3.4 生物修復(fù)17-18
• 1.3.5 生態(tài)修復(fù)18-19
• 2 納米材料吸附技術(shù)19-22
• 2.1 納米吸附劑的概念19-20
• 2.2 保水劑載納米吸附劑復(fù)合材料20-22
• 3 固化土壤中鎘的新思路22-23
• 4 本課題的研究?jī)?nèi)容23
• 5 本課題的研究意義23-25
• 第二章 聚丙烯酰胺/丙烯酸鈉負(fù)載納米水合錳氧化物材料的制備及吸附鎘的研究25-38
• 1 實(shí)驗(yàn)部分25-27
• 1.1 化學(xué)試劑和儀器25
• 1.2 PPM的制備25
• 1.3 實(shí)驗(yàn)方法25-27
• 2 結(jié)果與討論27-36
• 2.1 材料的表征27-29
• 2.1.1 材料的理化特性和材料的TEM27
• 2.1.2 材料的SEM和EDX27-28
• 2.1.3 材料的XRD28-29
• 2.1.4 紅外光譜29
• 2.2 不同因素對(duì)吸附的影響29-30
• 2.2.1 pH影響29-30
• 2.2.2 鹽離子的影響30
• 2.3 吸附容量30-32
• 2.4 吸附動(dòng)力學(xué)32-33
• 2.5 層狀納米氧化錳和PPM的吸附量對(duì)比實(shí)驗(yàn)33-34
• 2.6 淋濾實(shí)驗(yàn)34-35
• 2.7 種子萌發(fā)實(shí)驗(yàn)35-36
• 3 本章小結(jié)36-38
• 第三章 氨基強(qiáng)化選擇性吸鎘保水劑的制備和其性能研究38-50
• 1 實(shí)驗(yàn)部分38-40
• 1.1 化學(xué)試劑和儀器38-39
• 1.2 PPM-NH_2的制備39
• 1.3 實(shí)驗(yàn)方法39-40
• 2 結(jié)果與討論40-49
• 2.1 材料的表征40-41
• 2.1.1 材料的SEM和EDX40
• 2.1.2 材料的XRD40-41
• 2.1.3 材料的XPS41
• 2.2 材料的離子選擇性41-43
• 2.3 不同條件對(duì)鎘去除效果的影響43-45
• 2.3.1 有機(jī)質(zhì)的影響43-44
• 2.3.2 競(jìng)爭(zhēng)性陽離子的影響44-45
• 2.4 吸附容量45-46
• 2.5 吸附動(dòng)力學(xué)46-48
• 2.6 萌芽實(shí)驗(yàn)48-49
• 3 本章小結(jié)49-50
• 第四章 結(jié)論與展望50-53
• 1 結(jié)論50-51
• 2 展望51-53
• 參考文獻(xiàn)53-62
• 致謝62-63
• 作者簡(jiǎn)歷63

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本文編號(hào)：994885