胺基修飾磁性吸附劑之製備與其應用於水中重金屬離子之去除

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Title:	胺基修飾磁性吸附劑之製備與其應用於水中重金屬離子之去除
Other Titles:	Preparation of the Amine-Functionalized Magnetic Adsorbents and Their Application on the Removal of Heavy Metal Ions
Authors:	施柔宇 Shih,Jou-Yu
Contributors:	張瓊芬 Chang,Chiung-Fen 環境科學與工程學系
Keywords:	磁性;重金屬離子;吸附 AEAPTMS
Date:	2013
Issue Date:	2014-02-17T06:24:43Z (UTC)
Abstract:	近年來，奈米材料因其表面具高反應性等優良特性，是現今水處理技術中，具前瞻性的水處理技術之ㄧ。但由於奈米材料本身具有不易回收等問題，往往在應用過程中需使用離心或薄膜程序進行分離回收，導致增加額外的成本。利用奈米磁性顆粒較傳統奈米材料在固液相系統中更具良分離效果，達到回收再利用之目的，因此奈米磁性顆粒在環境應用上具有極大潛能。本研究利用溶膠-凝膠法合成出SiO2/Fe3O4磁性載體，再利用化學共沉澱法將2-胺乙基3-胺丙基三甲氧矽烷(N-(2-Aminoethyl)-3-aminopropyltrimethoxysilane, AEAPTMS)對磁性載體表面加以修飾，以製成表面帶有官能基NH2之超順磁性顆粒，再將修飾後之AEAPTMS/SiO2/Fe3O4顆粒應用於吸附水中Cu(II)，其吸附效果作為最佳合成之參數指標。材料物化特性之鑑定利用穿透式電子顯微鏡( TEM)、傅立葉轉換紅外線光譜儀(FTIR)、超導量子干涉磁量儀(SQUID) 、界達電位儀(Zeta Potential Analyzer)、熱重分析儀(TGA)、元素分析儀、比表面積分析儀及X射線繞射光譜儀(XRD)。以假一階動力方程式(pseudo-first-order equation)、假二階動力方程式(pseudo-second-order equation)、Elovich rate equation三種動力式模擬Cu(II)、Ni(II)、Cd(II)三種金屬離子在磁性混合材料上之吸附動力行為。以Langmuir與Freundlich兩種等溫吸附方程式模擬C-AESM對Cu(II)、Ni(II)、Cd(II)三種金屬離子之吸附行為。研究結果顯示，嫁接法及共聚法之矽烷偶合劑最佳添加濃度分為3.38×10-3 M及2.99×10-3 M，其對Cu(II)之飽和吸附量為2.58 mg g-1及3.48 mg g-1。FTIR結果得知在波數為1410、1537及1634 cm-1的位置有特徵波峰存在，可證實本研究已成功利用嫁接及共聚法使磁性載體官能基化。由TEM得知SiO2/Fe3O4及G-AESM在顆粒間有層半透明狀之薄膜則為SiO2層，而在C-AESM顆粒間SiO2層明顯且較厚，顆粒尺寸也相對較大，由此可證實AEAPTMS成功鍵結在vSiO2/Fe3O4上。TGA結果得知SiO2/Fe3O4、G-AESM與C-AESM之重量損失分別為4.0%、6.0%與7.0%，材料之熱穩定性良好。而磁性核心Fe3O4的飽和磁化強度為71.42 mug g-1，SiO2/Fe3O4的飽和磁化強度為24.75 mug g-1，G-AESM及C-AESM的飽和磁化強度分別為25.11 mug g-1及16.07 mug g-1，由結果得知皆為超順磁性顆粒。兩種磁性混合材料之等電位點pHzpc皆約為7.5。G-AESM、C-AESM其比表面積分別為21.92 m2/g、14.02 m2/g。吸附動力方程式以假二階為最佳之模擬動力式，而以Langmuir isotherm最為符合等溫吸附行為。競爭吸附以Cu(II)最為優勢，其次Cd(II) 、Ni(II)，並進行三次循環之吸脫附實驗。本研究成功的利用嫁接法與共聚法兩種方式將AEAPTMS鍵結在磁性載體上，並應用於重金屬離子之吸附，且可以外加磁場進行回收再利用。
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