水环境中微塑料对重金属离子的吸附行为及其机理

作     者：俞安琪 

作者单位：江苏海洋大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王学松

授予年度：2022年

学科分类：081704[工学-应用化学] 07[理学] 08[工学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 0817[工学-化学工程与技术] 0815[工学-水利工程] 0703[理学-化学] 

主      题：微塑料 吸附 重金属离子 

摘      要：环境中的微塑料(Microplastics,MPs)产生一系列的污染问题,引起全球关注。微塑料疏水性强、比表面积大,环境中的污染物会附着在微塑料表面,随微塑料在环境中迁移和转化,破坏生态系统的平衡,危害生态环境。重金属污染一直以来严重影响环境,重金属离子会随工业废水等排放到环境中,造成生态环境的污染。人体长期直接接触重金属离子后会引起身体多种疾病甚至是癌症,严重威胁到生命健康。目前微塑料的研究主要集中使用如聚苯乙烯(PS)、聚丙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)和聚氯乙烯(PVC)等不含添加物的微塑料作为实验材料,而本文则是通过研究含有六溴环十二烷的聚苯乙烯微塑料(PS-HBCD微塑料)以及含有碳酸钙的聚丙烯微塑料(PP-Ca CO微塑料)对金属离子的吸附行为和影响因素,为研究微塑料在环境中的行为提供新方向。本文先选取含有六溴环十二烷的聚苯乙烯作为微塑料(PS-HBCD微塑料),探究重金属镉(Cd(Ⅱ))在微塑料上的吸附作用和影响因素。在实验中,探讨了溶液p H值、盐度、粒径和微塑料自身产生的溶解有机物对吸附量的影响。利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)分析了微塑料的理化性质和Cd(Ⅱ)在微塑料上的吸附行为。Cd(Ⅱ)在微塑料上的吸附动力学和等温线分别用准二级动力学模型和Langmuir模型很好地描述。溶液p H、盐度、MPs衍生的溶解有机物和粒径对镉在微塑料上的吸附行为影响较大。研究结果表明微塑料的C-Br键在Cd(Ⅱ)吸附中的具有重要性。其次,选取含有碳酸钙的聚丙烯微塑料(PP-Ca CO微塑料),探讨两种重金属离子(Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ))在PP-Ca CO微塑料上的吸附机理。利用SEM、FTIR和XPS等表征手段分析PP-Ca CO微塑料的物理性质和吸附行为。通过动力学、等温线、p H值和盐度等影响因素探讨影响吸附的因素,实验发现,Pb(Ⅱ)的吸附过程符合Elovich模型,而Cu(Ⅱ)的吸附过程符合准二级动力学模型,Pb(Ⅱ)在PP-Ca CO微塑料表面的吸附能力强于Cu(Ⅱ)。金属离子在PP-Ca CO微塑料上的吸附过程主要由静电相互作用占主导,络合作用在吸附时起到一定作用。最后,对金属离子(Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ))在碳酸钙上的吸附进行研究,讨论不存在微塑料的吸附对环境的影响。实验表明,高浓度Pb(Ⅱ)在碳酸钙上的吸附行为符合准二级动力学模型,而低浓度Cu(Ⅱ)的吸附行为适合Elovich模型。Pb(Ⅱ)和Cu(Ⅱ)的吸附量随p H值的增加而增大,盐度对金属离子的吸附有一定影响。碳酸钙对金属离子的吸附,静电相互作用起到重要作用。综上,静电相互作用对金属离子在微塑料上的吸附具有重要作用。本研究为含添加物的微塑料与重金属离子间的吸附行为提供一定的理论依据,为研究微塑料在环境中的环境影响带来新的发现。本论文共有图26幅,表9个,参考文献171篇。