微納材料在水中重金屬離子去除和電化學(xué)檢測(cè)中的應(yīng)用基礎(chǔ)研究.pdf

1、社會(huì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展帶來(lái)了一系列的環(huán)境污染問(wèn)題，工農(nóng)業(yè)廢水和生活污水的排放，致使飲用水安全成為現(xiàn)今人類(lèi)面臨的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)之一。水中重金屬離子因難以降解而在水環(huán)境和動(dòng)植物體內(nèi)逐漸積累，最終進(jìn)入人體產(chǎn)生毒性效應(yīng)，導(dǎo)致各種疾病的發(fā)生。因此，發(fā)展高效去除和檢測(cè)飲用水中重金屬離子的技術(shù)至關(guān)重要。微納分級(jí)結(jié)構(gòu)材料由于具有微米級(jí)和納米級(jí)材料的雙重優(yōu)點(diǎn)，它們的納米級(jí)組成單元具有超大的比表面積和豐富的與重金屬離子相互作用的活性位點(diǎn)，其微米級(jí)的結(jié)構(gòu)使得它們

2、具有較佳的機(jī)械性能以及易于分離等，使其在水中重金屬離子的去除和電化學(xué)檢測(cè)方面展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。目前應(yīng)用微納分級(jí)結(jié)構(gòu)材料吸附去除和電化學(xué)檢測(cè)水中重金屬離子的報(bào)道中，微納分級(jí)結(jié)構(gòu)材料與重金屬離子之間的相互作用機(jī)制仍不明確。而這種作用機(jī)制的研究有助于設(shè)計(jì)高性能納米吸附劑以及揭示納米結(jié)構(gòu)材料增強(qiáng)電化學(xué)響應(yīng)的本質(zhì)。同時(shí)，如何提高電化學(xué)方法檢測(cè)重金屬離子的選擇性和靈敏度仍然是一個(gè)挑戰(zhàn)。針對(duì)上述關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，本文制備了多種新型的對(duì)重金屬離子能夠有

3、效富集的微納分級(jí)結(jié)構(gòu)材料，并將微納分級(jí)結(jié)構(gòu)材料的吸附性能與電化學(xué)檢測(cè)有機(jī)結(jié)合，提高了電化學(xué)檢測(cè)的選擇性和靈敏度。本論文開(kāi)展的主要研究工作如下:
　　 一、制備了新型三維類(lèi)棉花糖狀CuO微納分級(jí)結(jié)構(gòu)材料并實(shí)現(xiàn)了對(duì)水中As(Ⅲ)的高效去除。與其它納米結(jié)構(gòu)CuO相比，類(lèi)棉花糖狀CuO在吸附水中As(Ⅲ)方面具有快速的吸附動(dòng)力學(xué)和超大的吸附容量。研究結(jié)果表明，類(lèi)棉花糖狀CuO對(duì)水中As(Ⅲ)的吸附是一個(gè)氧化并伴隨著吸附的多級(jí)過(guò)程，而這種

4、多級(jí)的吸附過(guò)程是導(dǎo)致其具有較大吸附容量的主要原因。
　　 二、從選擇性的角度，基于微納分級(jí)結(jié)構(gòu)的花狀鎂鋁插層雙氫氧化物對(duì)重金屬離子的不同吸附機(jī)理實(shí)現(xiàn)了對(duì)水中Cd(Ⅱ)選擇性電化學(xué)檢測(cè)。花狀鎂鋁插層雙氫氧化物修飾電極穩(wěn)定性高，抗干擾能力強(qiáng)，在實(shí)際水樣的檢測(cè)中，回收率結(jié)果較好。相比于層層自組裝和生物方法來(lái)實(shí)現(xiàn)選擇性的修飾電極，該方法更加簡(jiǎn)單，有望用于實(shí)際水樣的檢測(cè)。
　　 三、應(yīng)用非導(dǎo)電微納分級(jí)結(jié)構(gòu)的硅酸鎂空心球，實(shí)現(xiàn)了對(duì)水