湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划-衡阳师范学院南岳学院.doc

湖南省大学生研究性学习和创新性实验计划 项　 目　 申　 报　 表 项目名称:纳米硬硅钙石粉体的制备及其对重金属废水的动态吸附性能研究 学校名称 衡阳师范学院南岳学院 学生姓名 学 号 专 业 性 别 入 学 年 份 王代鑫应用化学 男 2010 李益仁高分子材料与 工程 男 2011 宁晓铁化学 男 2011 段娇琴化学 女 2012 吴安富应用化学 男 2010 指导教师 唐文清 职称 副教授 学科专业 环境化学 冯泳兰 职称 教授 学科专业 分析化学 学生曾经参与科研的情况 项目组成成员由应用化学、高分子材料与工程、化学等专业组成，所学专业课程包括与本项目开展研究需要的基础课程如：有机化学、物理化学、分析化学、配位化学、结构化学等。本小组所有的成员都为学院光明科技创新团队（2004年组建）的成员，具有较强的科技创新意识和浓厚的科研兴趣，具备对本研究项目实验方案的自主创新设计能力；且小组成员具有较好学习和科研基础，良好的团队合作精神。 指导教师承担科研课题情况 主持湖南省自然科学基金项目《纳米材料固定化光合细菌处理制药废水的研究07JJ6013）和《湘江（衡阳段）重金属污染特征分析与风险动态评价13JJ9018）等2项。 项目研究和实验的目的、内容和要解决的主要问题 重金属离子的已经成为当今世界面临的严峻性问题，其处理不完全和不处理的工业废水大量排放，废水中的重金属离子对水污染程度大、处理难度高、毒性大、难以降解已成为世界工人的难题。它们在水体中积累到一定的限度时会对水体→水生植物→水生动物系统产生严重危害，重金属通过食物链而产生的生物富集，并通过食物链影响到人类的自身健康，对生物和人体的健康构成严重威胁。 本课题以新型纳米硬硅钙石粉体为吸附剂，对不同金属离子吸附性能的研究，探讨出最佳吸附温度、时间、H、浓度等条件，利用动力学、热力学方程并结合红外光谱分析手段探讨其吸附机理，完成新型纳米硬硅钙石粉体对、Cd等重金属离子的动态吸附性能研究。同时开发其用于工业化生产等领域创造更大的社会价值。目前，合成纳米硬硅钙石粉体的方法主要有：水热法[1]、微乳液法[2]、微波辅助法、化学沉淀法[3]等。硬硅钙石已经广泛应用于保温隔热材料方面的研究、 高温涂料的开发、建筑材料、造纸和生物活性材料等诸多领域[4-9]，目前应用于吸附领域的还不多，因此，具有欣欣向荣的发展空间。 郑骥等[10]利用动态水热法合成硬硅钙石以及分析了其微观形貌控制；梁宏勋等[11]利用水热合成硬硅钙石以及分析合成过程，然后研究硝酸锶对其合成的影响。郑远林[12]等用动态水热合成硬硅钙石活性料浆；王元纲等[13]用稻壳灰和石灰加玻璃纤维水热合成硬硅钙石活性料浆；刘飞[14]等，用电石渣做钙源合成了硬硅钙石晶须。 Xiaoke Li[15]运用微乳液法用十六烷基三甲基溴(CTMAB)作为模板剂，高活性试剂正硅酸乙酯(TEOS)和新合成的Ca(OH)2作为反应起始物，180℃反应30h合成了高宽比超过100、直径为50-100的硬硅钙石纤维。Jin Wu等[16]首次采用微波辅助法在180℃保温90分钟，采用进料物质比为0.83.0的Ca(NO3)2?4H2O和Na2SiO3?9H2O快速合成了硬硅钙石纳米带。化学沉淀法是高纯度纳米微粒采用的较为广泛的方法。林开利等[17]以试剂形态的硝酸钙和硅酸钠辅助氨水和无水乙醇采用化学沉淀法和水热法合成了硬硅钙石纳米线。经研究表明，加入适量的Mg(Ⅱ)、Na(Ⅰ)离子及化学外加剂CaCl2、Sr(NO3)2、ZrOCl2·8H2O、C2S等[3]有助于纳米硬硅钙石的生成，而Al(Ⅲ)离子会阻碍产物硬硅钙石的生成。 处理重金属离子废水的方法也很多。常见的处理重金属离子废水的方法有：化学沉淀法、电解法、离子交换法、液膜法、膜分离技术、吸附法等[18-23]。 其中化学沉淀法、电解法、吸附法等是通过改变重金属离子的形态以不溶物的形式除去，而液膜法、离子交换法、膜技术等是在保留重金属原有形态的基础上提高废液中重金属离子浓度来回收重金属离子。化学沉淀法和电解法主要应用于处理高浓度重金属离子废水，离子交换法和液膜法主要用于处理低浓度的重金属离子废水。 本项目制备的硬硅钙石粉体是一种由石灰质原料在高温下水热动态合成的一种由纤维状、针状的晶体互相交织生成的球形集合体，是硅酸钙绝热材料[24]的主要成分之一，其主要组成为6CaO?6SiO2?H2O。并且，硬硅钙石是一种纳米级纤维材料，具有比较大的比表面积和固体吸附性能。目前国内外做纳米级吸附材料主要利用其吸附原理。 目前，韩剑宏等[25]运用硬硅钙石二次粒子