CMC溶液为新结合相的薄膜扩散梯度（DGT）技术富集和测量水中痕量的铜、镉、锌浓度

论文摘要

重金属是指比重大于或等于5.0的金属,由于重金属可以被生物体富集,并把某些重金属转为毒性更大的金属-有机化合物,所以重金属是具有潜在危害的重要污染物。随着电镀、制革等工业的发展,含重金属离子废水的排放量越来越大,对人体和环境的危害也越来越严重。学者们对有关重金属的水环境化学问题进行了广泛深入的研究,其中水体中重金属含量的分析是所有相关研究的基础。水体中重金属离子含量很低,而且其存在形态复杂,有些形态可以被生物体吸收,如重金属的水合离子和重金属的不稳定络合物,另外一些形态的重金属则不能被生物体吸收,如被水体中胶体吸附的重金属和在水体中存在的稳定络合物。目前所使用的对重金属的检测方法通常是检测重金属的总量,并且由于自然水体中重金属的浓度很小,因此在检测前对水体中痕量重金属离子进行累积或富集经常是必要的。当前常用的分离富集方法有沉淀分离浓缩法、萃取分离浓缩法、离子交换分离浓缩法等。但是这些方法要么不可避免地用到一些化学物质而对环境不友好；要么消耗时间过长,如生物富集法。薄膜扩散梯度（DGT）技术采用可渗入离子的薄膜将高分子结合相或离子交换树脂结合相与溶液隔开,控制离子交换,进行原位定量富集。这种取样技术不仅解决了前处理带来的难题,而且将富集和采样相结合,操作简单,各种重金属在富集过程中互不干扰,适用于水体中多种痕量金属离子的同时富集检测。本文采用液态的羧甲基纤维素钠（CMC）为一种新的结合相,醋酸脂纤维素薄膜作为扩散层对水溶液中痕量的Cu2+、Cd2+、Zn2+的浓度进行了富集和检测。羧甲基纤维素钠市场价格便宜,而且废弃后可自然降解,是一种即经济又环保的富集剂。本文研究了温度、酸度、离子强度、搅拌速度对羧甲基纤维素钠富集水体中Cu2+、Cd2+、Zn2+的影响,以及Cu2+、Cd2+、Zn2+的富集速度随时间的变化,筛选出了合适的结合相浓度；对已知浓度的模拟溶液进行了检测；为了提高检测的准确度,对扩散边界层的厚度进行了估计。由于天然水中含有大量的有机配体,这些配体会影响到CMC-DGT装置对重金属的富集,富里酸是在很多天然水体中都存在的有机配体,所以选择了含有富里酸的重金属溶液来评论CMC-DGT装置对Cu2+、Cd2+、Zn2+的富集性能；最后将薄膜扩散梯度技术应用于自来水和河水中,对CMC-DGT的性能进行了评价。由实验可知,薄膜扩散梯度技术可用来对水中的可溶性的痕量重金属进行定量富集和检测,具有设备简单,操作方便,易于推广等优点；并且羧甲基纤维素钠是一种良好的液态结合剂,可以同时定量富集水体中Cu2+、Cd2+、Zn2+,具有富集倍数大、富集效率高、富集速度快、无污染等优点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 水中痕量金属离子常用的分离富集方法
• 1.2.1 沉淀法
• 1.2.2 挥发和蒸馏分离法
• 1.2.3 溶剂萃取法
• 1.2.4 离子交换分离法
• 1.2.5 硅胶和活性碳法
• 1.2.6 液膜法
• 1.2.7 浮选富集法
• 1.3 薄膜扩散梯度（DGT）技术
• 1.3.1 DGT技术组成
• 1.3.1.1 扩散层
• 1.3.1.2 结合相
• 1.3.1.3 羧甲基纤维素钠（CMC）
• 1.3.2 DGT技术的发展概况
• 1.3.2.1 DGT取样装置的改善
• 1.3.2.2 实验原理的改善
• 1.3.2.3 应用领域的扩大
• 1.3.3 DGT技术的分类
• 1.3.3.1 固态结合相的DGT技术
• 1.3.3.2 液态结合相的DGT技术
• 1.3.3.3 水环境下的DGT技术
• 1.3.3.4 土壤及河底沉淀物中的DGT技术
• 1.3.4 DGT的应用
• 1.3.5 DGT的优点
• 1.3.6 DGT的发展方向
• 1.3.7 DGT技术的影响参数
• 1.3.7.1 待测溶液中竞争性配体的影响
• 1.3.7.2 扩散边界层和生物污染的影响
• 1.3.7.3 扩散相的选择性
• 1.4 本课题研究的目的及意义
• 第2章 实验原理
• 2.1 薄膜扩散梯度（DGT）技术测量不含竞争性配体合成水中离子浓度
• 2.2 薄膜扩散梯度（DGT）技术中扩散边界层厚度的估计
• 2.3 薄膜扩散梯度（DGT）技术测量含竞争性配体的合成水中金属浓度
• 第3章 实验部分
• 3.1 仪器及试剂
• 3.1.1 实验仪器及装置
• 3.1.2 实验试剂及配置
• 3.2 原子吸收光谱仪
• 3.2.1 WXY401型原子吸收光谱仪的操作步骤
• 3.2.2 WXY401型原子吸收光谱仪测定条件
• 3.3 醋酸脂纤维素薄膜的预处理
• 3.4 CMC分子单元浓度的标定
• 3.4.1 操作步骤
• 3.4.2 结果的表示和计算
• 3.5 分析元素的确定
• 2+、Cd²⁺、Zn²⁺浓度及DGT性能研究'>3.6 薄膜扩散梯度（DGT）技术测量不含竞争性配体合成水中Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺浓度及DGT性能研究
• 3.6.1 CMC浓度的优选
• 3.6.2 扩散系数的测量
• 3.6.3 酸度对富集的影响
• 3.6.4 离子强度对富集的影响
• 3.6.5 不同时间下金属的富集速度
• 3.6.6 温度对富集的影响
• 2+、Cd²⁺、Zn²⁺配位数和络合稳定常数的测量'>3.6.7 CMC与Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺配位数和络合稳定常数的测量
• 3.6.7.1 配位数的测量
• 3.6.7.2 络合稳定常数的测量
• 3.6.8 富集倍数及精确度
• 3.6.9 竞争性试验
• 3.7 薄膜扩散梯度（DGT）技术中扩散边界层厚度的测量
• 2+、Cd²⁺、Zn²⁺浓度'>3.8 薄膜扩散梯度（DGT）技术测量含有富里酸合成溶液中Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺浓度
• 3.8.1 Cd-FA、Zn-FA扩散系数的测量
• 3.8.2 不同厚度扩散层DGT装置测量合成溶液中的Cd-FA、Zn-FA浓度
• 2+、Cd²⁺、Zn²⁺浓度'>3.9 薄膜扩散梯度（DGT）技术测量自来水中Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺浓度
• 2+、Cd²⁺、Zn²⁺扩散边界层厚度的测量'>3.9.1 自来水中Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺扩散边界层厚度的测量
• 2+、Cd²⁺、Zn²⁺扩散系数的测量'>3.9.2 自来水中Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺扩散系数的测量
• 2+、Cd²⁺、Zn²⁺浓度的测量'>3.9.3 自来水中Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺浓度的测量
• 2+、Cd²⁺、Zn²⁺浓度'>3.10 薄膜扩散梯度（DGT）技术测量南湖水中Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺浓度
• 2+、Cd²⁺、Zn²⁺扩散边界层厚度的测量'>3.10.1 南湖水中Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺扩散边界层厚度的测量
• 2+、Cd²⁺、Zn²⁺扩散系数的测量'>3.10.2 南湖水中Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺扩散系数的测量
• 2+、Cd²⁺、Zn²⁺浓度的测量'>3.10.3 南湖水中Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺浓度的测量
• 第4章 实验结果与讨论
• 4.1 醋酸脂纤维素薄膜的预处理
• 4.2 CMC分子单元浓度的标定
• 2SO₄浓度的标定'>4.2.1 H₂SO₄浓度的标定
• 4.2.2 CMC分子单元浓度的测量
• 4.3 分析元素的确定
• 2+、Cd²⁺、Zn²⁺浓度及DGT性能研究'>4.4 薄膜扩散梯度（DGT）技术测量不含竞争性配体的合成水中Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺浓度及DGT性能研究
• 2+的富集特性研究'>4.4.1 Cd²⁺的富集特性研究
• 4.4.1.1 CMC浓度的优选
• 2+扩散系数的测量'>4.4.1.2 Cd²⁺扩散系数的测量
• 2+富集的影响'>4.4.1.3 酸度对Cd²⁺富集的影响
• 2+富集的影响'>4.4.1.4 离子强度对Cd²⁺富集的影响
• 2+的富集速度'>4.4.1.5 不同时间下Cd²⁺的富集速度
• 2+富集的影响'>4.4.1.6 温度对Cd²⁺富集的影响
• 2+富集的影响'>4.4.1.7 搅拌速度对Cd²⁺富集的影响
• 2+配位数和络合稳定常数的测量'>4.4.1.8 CMC与Cd²⁺配位数和络合稳定常数的测量
• 2+的富集特性研究'>4.4.2 Cu²⁺的富集特性研究
• 2+扩散系数的测量'>4.4.2.1 Cu²⁺扩散系数的测量
• 2+富集的影响'>4.4.2.2 酸度对Cu²⁺富集的影响
• 2+富集的影响'>4.4.2.3 离子强度对Cu²⁺富集的影响
• 2+的富集速度'>4.4.2.4 不同时间下Cu²⁺的富集速度
• 2+富集的影响'>4.4.2.5 温度对Cu²⁺富集的影响
• 2+络合稳定常数和配位数的测量'>4.4.2.6 CMC与Cu²⁺络合稳定常数和配位数的测量
• 2+的富集特性研究'>4.4.3 Zn²⁺的富集特性研究
• 2+扩散系数的测量'>4.4.3.1 Zn²⁺扩散系数的测量
• 2+富集的影响'>4.4.3.2 酸度对Zn²⁺富集的影响
• 2+富集的影响'>4.4.3.3 离子强度对Zn²⁺富集的影响
• 2+的富集速度'>4.4.3.4 不同时间下Zn²⁺的富集速度
• 2+富集的影响'>4.4.3.5 温度对Zn²⁺富集的影响
• 2+富集的影响'>4.4.3.6 搅拌速度对Zn²⁺富集的影响
• 2+络合稳定常数和配位数的测量'>4.4.3.7 CMC与Zn²⁺络合稳定常数和配位数的测量
• 4.4.4 富集倍数及精确度
• 4.4.5 竞争性实验
• 4.4.6 小结
• 4.5 薄膜扩散梯度（DGT）技术中扩散边界层厚度的估计
• 4.5.1 扩散边界层的存在
• 4.5.2 扩散边界层（DBL）厚度的测量
• 4.5.3 不同搅拌速度下DBL厚度的测量
• 4.5.4 小结
• 2+、Zn²⁺浓度'>4.6 薄膜扩散梯度（DGT）技术测量含有富里酸的合成水中Cd²⁺、Zn²⁺浓度
• 4.6.1 Cd-FA、Zn-FA扩散系数的测量
• 4.6.2 Cd-FA、Zn-FA浓度的测量
• 4.6.3 Cd-FA、Zn-FA分解速率常数的测量
• 4.6.4 小结
• 2+、Cd²⁺、Zn²⁺浓度'>4.7 薄膜扩散梯度（DGT）技术测量生活饮用水中Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺浓度
• 4.7.1 生活饮用水中扩散边界层厚度的测量
• 2+、Cd²⁺、Zn²⁺扩散系数的测量'>4.7.2 生活饮用水中Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺扩散系数的测量
• 2+、Cd²⁺、Zn²⁺浓度的测量'>4.7.3 生活饮用水中Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺浓度的测量
• 4.7.4 小结
• 2+、Cd²⁺、Zn²⁺浓度'>4.8 薄膜扩散梯度（DGT）技术测量南湖水中Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺浓度
• 4.8.1 南湖水中扩散边界层厚度的测量
• 2+、Cd²⁺、Zn²⁺扩散系数的测量'>4.8.2 南湖水中Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺扩散系数的测量
• 2+、Cd²⁺、Zn²⁺浓度的测量'>4.8.3 南湖水中Cu²⁺、Cd²⁺、Zn²⁺浓度的测量
• 4.8.4 小结
• 第5章 总结
• 参考文献
• 致谢