铅离子印迹磁性材料的制备及其对Pb(Ⅱ)的吸附去除研究

[目的]制备铅离子印迹和非印迹磁性材料,研究两种材料对Pb（Ⅱ）的吸附去除行为,考察两种材料对Pb（Ⅱ）的吸附选择性,探索其脱附和循环利用性。[方法]采用透射电镜、红外光谱、X射线衍射光谱和能量色散谱等方法对两种材料的形貌和结构进行表征;采用静态吸附法,以原子吸收为检测手段,探讨了p H值、反应时间及Pb（Ⅱ）初始浓度等因素对Pb（Ⅱ）吸附能力的影响;采用Langmuir等温吸附模型和Ho准二级动力学方程对其进行热力学和动力学模拟研究;以Cd（Ⅱ）为竞争离子,研究两种材料对Pb（Ⅱ）吸附选择性;以硝酸为脱附试剂,考察其脱附和循环利用性。[结果]1）与Fe3O410 nm的粒径相比,铅离子印迹磁性材料粒径增至80~90 nm;两种材料红外光谱图中557 cm^-1处出现强吸收峰,证实Fe—O键存在,2 940 cm^-1和1 084 cm^-1处的吸收峰证实C—H和Si—O键存在;X射线衍射光谱图显示,它们都具有Fe3O4晶型及Si O2壳层;能量色散谱结果显示,它们主要构成元素为C、O、Si、S和Fe,说明Fe3O4磁核已被Si O2包覆,且巯基已成功键合至两种材料的表面。2）在低酸度时Pb（Ⅱ）基本不被两种材料吸附;当p H值从3增至7时,吸附率不断增大并达到最大,且非印迹材料对Pb（Ⅱ）的吸附率低于印迹材料对Pb（Ⅱ）的吸附率。3）铅印迹磁性材料对Pb（Ⅱ）的吸附量随时间的增加而升高,最后达到平衡吸附。4）随着溶液中Pb（Ⅱ）初始浓度的增加,铅印迹磁性材料对Pb（Ⅱ）的吸附量先是急剧上升,然后达到饱和吸附。5）铅印迹磁性材料对Pb（Ⅱ）的吸附动力学和热力学分别符合准二级吸附模型和Langmuir等温吸附模型。6）铅印迹磁性材料对Pb（Ⅱ）/Cd（Ⅱ）选择吸附系数K为29.75,对Pb（Ⅱ）/Cd（Ⅱ）的相对选择系数是非印迹磁性材料的5.86倍,说明该材料对Pb（Ⅱ）具有良好的吸附选择性。7）研究了HNO3对保留在铅印迹磁性材料上Pb（Ⅱ）的脱附影响,结果显示0.5 mol·L^-1HNO3可定量脱附Pb（Ⅱ）,且材料可重复使用5次而脱附率无变化。[结论]在p H 7、反应时间为60 min及Pb（Ⅱ）初始质量浓度为10 mg·L^-1时铅印迹磁性材料对Pb（Ⅱ）的最大吸附容量可达38 mg·g^-1,可有效去除水中Pb（Ⅱ）;该材料对Pb（Ⅱ）具有一定的选择性且具有很好的再生性。

丝光改性竹笋皮对亚甲基蓝的吸附研究

采用竹笋皮和丝光改性竹笋皮为吸附材料,研究了二者对亚甲基蓝的吸附行为,评价二者对亚甲基蓝的吸附去除性能。采用扫描电镜、红外光谱和比表面积等方法对2种材料的形貌和结构进行表征;采用静态吸附法,以紫外-可见分光光度法为检测手段,探讨了pH值、反应时间、添加量以及亚甲基蓝初始浓度等因素对亚甲基蓝吸附能力的影响;采用Langmuir吸附等温模型对其进行热力学模拟研究,Lagergren准一级动力学方程和Ho准二级动力学方程对其进行动力学模拟研究。结果表明:1)与竹笋皮相比,丝光竹笋皮更易形成分子内氢键;表面含有大量紧密排列的孔隙和不规则的沟槽;比表面积为1.516 m2·g-1,高于未改性竹笋皮比表面积(1.425 m2·g-1)。2)在低酸度时亚甲基蓝基本不被吸附;当pH值从3增至8时,吸附量不断增大;当pH值达到8以后,吸附量达到最大且保持平衡。3)随着溶液中亚甲基蓝初始浓度的增加,到达平衡时丝光改性竹笋皮对亚甲基蓝的饱和吸附量先是急剧增加,然后保持不变。4)当亚甲基蓝质量浓度仅为5 mg·L-1时,30 min就可达到吸附平衡,当亚甲基蓝质量浓度升至50和100 mg·L-1时,则需要60 min才可到达吸附平衡。5)对于初始质量浓度为100 mg·L-1的亚甲基蓝溶液,100 mg的丝光改性竹笋皮即可达到定量吸附。丝光改性竹笋皮对亚甲基蓝的吸附动力学和热力学分别符合准二级吸附模型和Langmuir等温吸附模型。在pH 8、反应时间为60 min、材料用量为10 mg以及亚甲基蓝初始质量浓度为100 mg·L-1时丝光改性竹笋皮对亚甲基蓝的最大吸附容量可达25 mg·g-1,可有效去除水中亚甲基蓝。

球磨法制备胶体粒径土壤细颗粒

采用行星式球磨机球磨3种不同类型土壤(南京矿区土、鹰潭红壤和延边黑土)制备胶体粒径土壤细颗粒,探讨了助磨剂的添加及球磨时间等因素的影响,建立一种高效的制备方法。结果表明,与直接球磨相比,助磨剂辅助球磨制备的土壤细颗粒粒径小且均一。助磨剂建议选择经济高效的去离子水,土样与助磨剂比例为1 g∶5.0 mL,球磨时间为24 h,该方法对3种土样均适用,并且效果相近。以矿区土为例,球磨得到土壤细颗粒平均粒径为152 nm,粒径分布均匀、集中,胶体粒径产出率可达98.67%。

大气细颗粒物中环境持久性自由基的分子特征与形成机理的研究

Aerosol-bound organic radicals,including environmentally persistent free radicals(EPFRs),are key components that affect climate,air quality,and human health.While putative structures have been proposed,the molecular characteristics of EPFRs remain unknown.Here,we report a surrogate method to characterize EPFRs in real ambient samples using mass spectrometry.The method identifies chemically relevant oxygenated polycyclic aromatic hydrocarbons(OxPAH)that interconvert with oxygen-centered EPFR(OC-EPFR).We found OxPAH compounds most relevant to OC-EPFRs are structurally rich and diverse quinones,whose diversity is strongly associated with OC-EPFR levels.Both atmospheric oxidation and combustion contributed to OC-EPFR formation.Redundancy analysis and photochemical aging model show pyrolytic sources generated more oxidized OC-EPFRs than photolytic sources.Our study reveals the detailed molecular characteristics of OC-EPFRs and shows that oxidation states can be used to identify the origins of OC-EPFRs,offering a way to track the development and evolution of aerosol particles in the environment.

大气颗粒物中有害成分的吸入生物可给性研究

大气颗粒物(Atmospheric particulate matter,APM)中负载的有毒元素和有机污染物等有害成分通过吸入暴露进入人体内,会给人体健康带来潜在的危害。APM中能被人体吸收的有害成分的浓度,而不是有害成分总浓度,更能科学地反映APM中有害成分的危害。为了简便、快速地分析APM中有害成分的生物可给态浓度(Bioaccessible concentration),研究者相继提出多种吸入生物可给性方法(Inhalation bioaccessibility procedure,IBAcP)评估APM中有害成分的吸入生物可给性(Inhalation bioaccessibility,IBAc)。本文综述了APM吸入暴露中有毒元素和有机污染物等吸入生物可给性研究进展,探讨了目前IBAcP存在的问题,并展望了未来研究方向。