重金属离子的固相萃取和分离技术—开题报告

重金属离子的固相萃取和分离技术

——开题报告

选题背景及意义

1.重金属污染及危害

随着物质文明的发展，人们产生的垃圾也越来越多。其中有水污染、土壤污染、固体污染等。而有一种污染牵涉在这三种污染内即重金属污染，一般以天然浓度广泛存在于自然界中，但由于人类对重金属的开采、冶炼、加工及商业制造活动日益增多，造成不少重金属如铅、汞、镉、钴等进入大气、水、土壤中，引起严重的环境污染。以各种化学状态或化学形态存在的重金属，在进入环境或生态系统后就会存留、积累和迁移，造成危害。如随废水排出的重金属，即使浓度小，也可在藻类和底泥中积累，被鱼和贝的体表吸附，产生食物链浓缩，从而造成公害。

如日本的水俣病，就是因为烧碱制造工业排放的废水中含有汞，在经生物作用变成有机汞后造成的；又如痛病，是由炼锌工业和镉电镀工业所排放的镉所致。汽车尾气排放的铅经大气扩散等过程进入环境中，造成目前地表铅的浓度已有显著提高，致使近代人体内铅的吸收量比原始人增加了约100倍，损害了人体健康。

2.重金属介绍

比重大于4或5的金属，约有45种，如铜、铅、锌、铁、钴、镍、钒、铌、钽、钛、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。尽管锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素，但是大部分重金属如汞、铅、镉等并非生命活动所必须，而且所有重金属超过一定浓度都对人体有毒。

3.现有的重金属离子提取方法

1.微生物富集高梯度磁选法 2.土壤淋洗法 3.固相萃取

其中固相萃取被广泛应用于环境样品中痕量金属离子和微量有机污染物的分离与富集。

4.固相萃取

也称液一固萃取，它是建立在液相色谱理论基础上的一种分离、纯化方法，其主要分离模式也与液相色谱相同，可分为正相(吸附剂极性大于洗脱液极性)、反相(吸附剂极性小于洗脱液极性)、离子交换和吸附。固相萃取技术设备简单，能将分离和浓缩合为一步，是目前样品前处理最简捷、高效、灵活的一种手段。

虽然载体种类繁多但常用的吸附剂缺乏分离的专一性，对成分复杂的样品难以达到预期分离效果。有些检测需要达到一定的含量，所以需要富集，但一般固相萃取方法做不到，研究如何简单、高效的分离重金属将是本课题研究的重点。

5.分子（离子）印迹技术

此技术是固相萃取的一个升华，分子印迹聚合物对目标物有较高的选择性而可进行手性分离，又具有一定的机械强度和耐酸、碱及热的稳定性而将其视为性能优良的吸附剂，并可富集痕量的目标再用于检测。弥补了一般固相萃取的缺陷。

原理是（如图），印迹分子和功能单体 (functional monomer)通过共价键(covalent bond)或/和非共价键(non-covalent bond)形成可逆的化合物或复合物(complex)；然后通过加入交联剂

(cross-linker)，并在一定条件下发生聚合反应形成具有三维网络结构的共聚物，将该化合物或复合物固定在这种网络结构中；最后在一定条件下除去印迹分子，就在网络结构中留下一个与印迹分子在空间结构上完全匹配，并含有与模板分子专一结合功能基的三维空穴。在吸附时这个三维空穴可以特异性地重新与印迹分子再结合，即对印迹分子具有专一性识别作用。

6.前人对重金属污染做出的努力

研究人员 研究课题 研究成果

中北大学化学工程系的安富强、高保娇等 《硅胶表面铜(Ⅱ)离子印迹聚乙烯亚胺的制备及结合特性研究》 制备了复合型铜(Ⅱ)离子印迹材料。

桂林工学院材料与化学工程系的刘峥，温玉清，黄美春 《铜离子印迹聚合物的制备及吸附性能》 制得铜离子印迹聚合物

哈尔滨工业大学应用化学系的朱建华，李欣，强亮生 《铜(Ⅱ)离子印迹聚合物的制备及性能》 应用乳液聚合方法制备了铜(Ⅱ)离子印迹聚合物，并对其性能和吸附机理进行了研究。

安庆师范学院/安徽师范大学化学与材料学院的汪竹青，吴根华，汪婕，王冬香 ，王培三 《钴离子印迹聚合物的制备及性能研究》 采用表面印迹法合成出钴离子印迹聚合物

安徽建筑工业学院材料科学与工程系的谢发之，张俊，唐海鸥 《硫代乙酰胺-聚苯乙烯树脂吸附剂制备及其对铅、镉、铜、镍、铁的萃取》 有效萃取柱分离富集环境水样中痕量的Pb、Cd、Cu、Ni和Fe离子

WittayaNgeontae, Wanlapa

Aeungmaitrepirom

Thawatchai Tuntulani chemically modified silica gel with

aminothioamidoanthraquinone for solid phase

extraction and preconcentration of

Pb(II),Cu(II), Ni(II), Co(II) and Cd(II) 研究硅胶化学键与硫化氨基蒽醌对铅(Ⅱ)，铜(Ⅱ)，镍(Ⅱ)，钴(Ⅱ)和镉(Ⅱ)离子的吸附

Yongwen Liu, Yong Guo,

Xijun Chang, Shuangming

Meng, Dong Yang, and

Bingjun Din Column Solid-Phase Extraction with

2-Acetylmercaptophenyldiazoaminoazobenzene

(AMPDAA) Impregnated Amberlite XAD-4

and Determination of Trace Heavy Metals in

Natural Waters by Flame Atomic Absorption

Spectrometry 研究一种固相萃取整体柱，被发现用来富集在天然水样品中Cd, Co, Cu, Ni 和 Zn

离子

Mehrorang Ghaedi ,

Khodabakhsh Niknam,

Ardeshir Shokrollahi ,

Ebrahim Niknam, Hamed

Ghaedi , Mustafa Soylak A solid phase extraction procedure for Fe3+,

Cu2+ and Zn2+ ions on2-phenyl-1H-benzo[d]

imidazole loaded on Triton X-100-coated

polyvinyl chloride 研究了一个新的固相萃取方法用来富集痕量重金属离子，这个方法是用来吸附Fe3+, Cu2+和Zn2+

Volkan Numan Bulut , Ali

Gundogdub, Celal Duran ,

Hasan Basri Senturk ,

Mustafa Soylak , Latif Elci ,

Mehmet Tufekci A multi-element solid-phase extraction method

for trace metals determination in environmental

samples on Amberlite XAD-2000 一种用装满Amberlite XAD -

2000 树脂的方法富集一些痕量过渡元素

Mustafa Soylak , Mustafa

Tuzen , Durali Mendil ,

Ibrahim Turkekul Biosorption of heavy metals on Aspergillus

fumigatus immobilized Diaion HP-2MG resin

for their atomic absorptionspectrometric

determinations 固定在多孔性甲基丙烯酸的合成吸附甲醛系树脂的烟曲霉菌吸附Cu(II), Ld(II),

Zn(II),Fe(III),Ni(II) 和Co(II)离子

Durali Mendil , Mustafa

Tuzen , Canan Usta , Mustafa

Soylak A new solid phase extractant for

preconcentrationof heavy metal ions in

environmental samples 苏云金芽孢杆菌以色列变种固定在红色硅藻土色谱载体分离富集镉（Ⅱ），铅（Ⅱ），锰（II），铬（Ⅲ），镍（II）和钴（II）离子

Galia Gentscheva Paunka

Vassileva Penka Activated carbon sorbent with thioetheric

sites—preparation and characterization 吸附作用趋向一些贵金属离子Au(III),Pt(IV), Pd(II) 和重Tzvetkova Lako Lakov

Ognyan Peshev Elisaveta

Ivanova 金属离子Ni(II),Zn(II),Fe(III),

Cu(II), Pb(II), Cd(II) 和Co(II)的一种特殊的活性炭吸附剂

7.选题意义

近年来，固相萃取中的分子印迹技术还处于起步阶段，许多方面还有待完善和提高。而我们所做的研究工作与已有技术相比，其创新性和优点主要在于以下几个方面：

实验内容

实验目的

1.通过金属离子印迹环氧树脂基整体柱的制备，并以产品吸附样品中的金属离子，测试其吸附能力，进而做回收率测试等研究。

2.找出离子印迹聚合物作为固相萃取吸附剂的优缺点。

实验原理

由于金属离子印迹环氧树脂整体柱存在特异性三维空穴，具有记忆功能，因而可以吸附相应的金属离子，通过测量离子吸附量，可以测定回收率。

实验安排

制备两种整体柱，一种以环氧树脂、二乙烯三胺、PEG-1540为原料。一种以环氧树脂、硫脲和二乙烯三胺的缩合物、PEG-1540为原料。以多种重金属离子为模板，分别制备出Cu2+、Cd2+、Pb2+、Co2+和Ni2+离子印迹整体柱，对吸附调价进行优化后，然后进行静态吸附试验，对其含有的毒性重金属离子进行高倍率的富集分离，得到能够符合ICP-AES等仪器分析检测要求的高浓缩离子浓度以进行测定。

本实验优点与创新

（1）采用放热少、反应慢的逐步聚合反应制备出尺寸更大、性能更优越的环氧树脂整体柱；

（2）由于能够制备出尺寸更大的整体柱，因此可以用作固相萃取材料，充分发挥整体柱高效率、高通量的优势；

（3）在定量富集分离的基础上，结合分子印迹技术可以大大提高固相萃取的选择性，使预处理后的样品溶液基体非常简单；

（4）设计合适的在线联用和接口装置，将选择性富集在整体柱上的目标分析物定量解析后，直接用于色谱进样；

（5）由于目标分析物的高富集倍率和非常简单的样品基体，因此色谱峰比较简单，可以直接采用内标或外标的方法完成可靠的定量分析，而不必要串联质谱才能获得可靠结果。