微納材料在水中重金屬離子去除和電化學檢測中的應用基礎研究.pdf

1、社會工農業(yè)生產的迅速發(fā)展帶來了一系列的環(huán)境污染問題，工農業(yè)廢水和生活污水的排放，致使飲用水安全成為現(xiàn)今人類面臨的嚴峻挑戰(zhàn)之一。水中重金屬離子因難以降解而在水環(huán)境和動植物體內逐漸積累，最終進入人體產生毒性效應，導致各種疾病的發(fā)生。因此，發(fā)展高效去除和檢測飲用水中重金屬離子的技術至關重要。微納分級結構材料由于具有微米級和納米級材料的雙重優(yōu)點，它們的納米級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，其微米級的結構使得它們

2、具有較佳的機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檢測方面展現(xiàn)了廣闊的應用前景。目前應用微納分級結構材料吸附去除和電化學檢測水中重金屬離子的報道中，微納分級結構材料與重金屬離子之間的相互作用機制仍不明確。而這種作用機制的研究有助于設計高性能納米吸附劑以及揭示納米結構材料增強電化學響應的本質。同時，如何提高電化學方法檢測重金屬離子的選擇性和靈敏度仍然是一個挑戰(zhàn)。針對上述關鍵科學問題，本文制備了多種新型的對重金屬離子能夠有

3、效富集的微納分級結構材料，并將微納分級結構材料的吸附性能與電化學檢測有機結合，提高了電化學檢測的選擇性和靈敏度。本論文開展的主要研究工作如下:
　　 一、制備了新型三維類棉花糖狀CuO微納分級結構材料并實現(xiàn)了對水中As(Ⅲ)的高效去除。與其它納米結構CuO相比，類棉花糖狀CuO在吸附水中As(Ⅲ)方面具有快速的吸附動力學和超大的吸附容量。研究結果表明，類棉花糖狀CuO對水中As(Ⅲ)的吸附是一個氧化并伴隨著吸附的多級過程，而這種

4、多級的吸附過程是導致其具有較大吸附容量的主要原因。
　　 二、從選擇性的角度，基于微納分級結構的花狀鎂鋁插層雙氫氧化物對重金屬離子的不同吸附機理實現(xiàn)了對水中Cd(Ⅱ)選擇性電化學檢測。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，在實際水樣的檢測中，回收率結果較好。相比于層層自組裝和生物方法來實現(xiàn)選擇性的修飾電極，該方法更加簡單，有望用于實際水樣的檢測。
　　 三、應用非導電微納分級結構的硅酸鎂空心球，實現(xiàn)了對水