纳米孔吸附剂Fe(III)调控表面电位强化吸附海水中重金属的研究

Heavy metals in the marine environment is a worldwide concern due to their adverse impact on marine organisms and human health. Thus it is urgent and significant to develop high efficient technologies for heavy metal removal from seawater. However, there are some problems which the conventional adsorbents have very weak adsorption ability of heavy metals in seawater due to the high salt concentration. This study proposes a novel functionalized nanoporous adsorbent with salt-tolerant by the coordination complexes between functional amino groups bounded to the surface and metal cation Fe(III) to control the Zeta-potential of nanoporous adsorbent surface which would enhance toxic oxyanions removal from seawater. The project will investigate the mechanism of selective adsorption of heavy metal from seawater, illustrate the double effects of functional groups and the immobilized metal cation on high efficient heavy metal removal, and also illuminate the relationship between the surface potential control and enhanced adsorption of heavy metal. This study will create new idea and route for the development of high-efficient heavy metal removal in costal sea area as well as providing a theoretical basis and technical support.

海洋环境中的重金属污染对海洋生物和人类健康的不利影响引起了全世界的广泛关注,迫切需要开发海水中有毒重金属的净化技术。针对现有吸附剂对海水中重金属吸附过程中存在的抗盐度效应差、实际吸附容量低、吸附利用效率低的问题，本项目提出在氨基化纳米孔吸附剂上通过金属铁离子的配位杂化控制吸附剂的表面电位，利用两者对重金属吸附的协同增强作用，研制新型耐高盐度的功能化纳米孔吸附剂。本项目将探究该吸附剂对海水中重金属离子的选择性吸附机理；揭示材料表面氨基功能基团与金属阳离子配位杂化的协同作用关系；阐明功能化纳米孔吸附剂的表面电位控制与增强吸附重金属的作用机制；从而为近海区域重金属的深度净化提供理论基础和技术指导。

近海重金属污染对海洋生物以及人类的不利影响已经引起了全球的广泛关注,但由于海水中的高盐浓度，现有的吸附剂对海水中重金属吸附存在的抗盐度效应差、实际吸附容量低的问题。本项目在氨基化纳米孔吸附剂上通过金属铁离子的配位杂化控制吸附剂的表面电位，利用两者对重金属吸附的协同增强作用，研制出了新型耐高盐度的纳米孔吸附剂。具体而言，采用水热法利用有机模板剂和硅源合成有序纳米孔材料，在其表面通过化学嫁接的方法得到不同氨基化的纳米孔吸附剂，然后进行铁离子负载合成出纳米孔吸附剂。以海水中典型有毒重金属Cu(II)和Cr(VI)为研究对象，以人工合成海水及实际海水为研究体系，测定所取海水的背景值（pH值、温度、海水中各种阴离子、阳离子的含量），考察不同实验条件下其对重金属的吸附量、吸附选择性的性能研究、吸附动力学的研究。实验结果表明：在海水的初始pH8的条件下，氨基化的纳米孔吸附剂对Cu(II)的去除率99%以上；Fe3+负载的系列功能化吸附剂中，对Cr(VI)的去除率在99%以上。本项目所制备的吸附剂对海水中的重金属具有高选择性地去除。通过多种表征手段提出了该纳米孔吸附剂对海水中重金属离子的高选择性吸附机理：（1）强化富集作用；（2）有机功能基团与无机金属阳离子配位杂化的协同作用。这些研究成果为发展新型的高选择性重金属吸附剂提供一定的理论指导。