一種鍶離子印跡聚合物動態(tài)吸附鍶離子的響應曲面優(yōu)化方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種鍶離子的動態(tài)吸附分離方法，尤其涉及一種響應曲面優(yōu)化鍶離子 印跡聚合物對鍶離子的動態(tài)吸附分離方法。
【背景技術】
[0002] 核燃料的開采與加工、核反應堆的泄漏、核廢物的回收再處理等產生的大量的放 射性物質嚴重危害著環(huán)境和人類健康。具有放射性的 9°Sr，是核裂變產物中最豐富的中低 放射性核素之一，當其進入環(huán)境后會造成大氣、水和土壤污染，造成自然生態(tài)環(huán)境破壞，最 終會通過食物鏈在人體內大量富集。因其半衰期長，代謝困難，可引發(fā)慢性內照射放射病， 造成貧血癥、白血病等一系列疾病。因此，對環(huán)境中鍶離子的及時吸附分離是極其必要的。
[0003] 離子印跡聚合物（Ionimprintedpolymers，IIPs)，是一種具有固定孔穴大小和 形狀，還有某些特殊分子結構和功能基團的新型高分子材料。由于在制備過程中獲得的識 別位點對特定分子具有特異的親和力、選擇性以及高度交聯(lián)的結構，能夠選擇性的識別目 標離子。并且其具有抗惡劣環(huán)境的能力，表現(xiàn)出高度的穩(wěn)定性和長的使用壽命，因此廣泛用 于金屬離子的分離與回收。
[0004]目前，有關離子印跡聚合物處理鍶離子廢水的研宄工作多采用靜態(tài)的吸附方法， 該法用于實驗室的試驗研宄是行之有效的，但難以在工業(yè)上推廣應用。本專利用鍶離子印 跡聚合物作為吸附劑裝填吸附柱，動態(tài)吸附分離水溶液中的鍶離子。然而在動態(tài)吸附分離 的過程中，涉及到的參數(shù)很多，想要得到最優(yōu)的吸附條件，達到最大吸附容量是比較困難 的。響應曲面法是一種優(yōu)化吸附條件的有效方法，可用于確定各因素及其交互作用在吸附 過程中對吸附容量（響應值）的影響，以最少的實驗次數(shù)就可以找到最優(yōu)的動態(tài)吸附條件。
【發(fā)明內容】
[0005] 本發(fā)明的目的是采用響應曲面優(yōu)化鍶離子印跡聚合物對鍶離子的動態(tài)吸附過程， 對初始PH、溫度、初始離子濃度和吸附劑質量這四個對鍶離子動態(tài)吸附影響較大的因素進 行優(yōu)化，從而提高了鍶離子的動態(tài)吸附容量。
[0006] 鍶離子印跡聚合物應用于動態(tài)分離水溶液中鍶離子，并用響應曲面方法優(yōu)化鍶離 子動態(tài)吸附容量，按照下述步驟進行：
[0007] (1)單因素試驗：
[0008] 依次改變初始pH、溫度、初始離子濃度和吸附劑質量進行鍶離子動態(tài)吸附單因素 試驗，用ICP-AES測定流出液中鍶離子的濃度，計算鍶離子動態(tài)吸附容量，確定初始pH、溫 度、初始離子濃度和吸附劑質量對鍶離子吸附容量影響效果較顯著的區(qū)間范圍；
[0009] (2)響應面法優(yōu)化設計：
[0010] 根據(jù)步驟（1)單因素試驗結果，以鍶吸附容量效果較顯著的初始PH、溫度、初始離 子濃度和吸附劑質量為自變量，鍶離子動態(tài)吸附容量^為響應值Y，利用Design-Expert 8. 0. 5b軟件根據(jù)Box-Behnken設計原則進行實驗設計，確定每種方案下的鍶離子動態(tài)吸附 容量；
[0011] (3)模型的建立和統(tǒng)計分析
[0012] 根據(jù)步驟（2)的數(shù)據(jù)進行多元回歸分析，建立二次多元回歸模型：
[0013] Y = +11. 06+0. TOXfO. 78Xn+2. 87Xm-0. 84XIV-0. SSXJn+0.0 42XAH-7. 65E-3XAV +0. 21XnXm-0. 61XnXIV-0. 36XmXIV-7. 34X/+0. 51Xn2-〇. 40Xm2-〇. 33XIV2
[0014] 其中，響應值Y為鍶離子吸附容量qe，為初始pH、X"為溫度、XIn為初始離子濃 度，xIVS吸附劑質量；
[0015] (4)對二次多元回歸模型方程進行方差分析和顯著性分析；
[0016] (5)實驗結果分析與優(yōu)化：
[0017] 利用Design-Expert8. 0? 5b軟件根據(jù)二次多元回歸模型進行繪圖分析自變量Xp ^^乂^和響應值丫的關系^導到回歸方程的響應面及其等高線圖^導到動態(tài)吸附鍶離子 的最優(yōu)吸附條件。
[0018] 步驟（1)中，所述鍶離子動態(tài)吸附容量的計算方法為：
[0020]其中，qe為鍶離子吸附容量，Q為體積流量（mL，ttotal為達到吸附平衡時所 用時間，Q鍶離子溶液初始濃度，Ct為t時刻流出液中鍶離子濃度，m為吸附劑質量。
[0021] 步驟⑴中，所述初始pH值為4~8,溫度為15~35°C，初始離子濃度為10~ 70mg?L'吸附劑質量為50~150mg。
[0022] 步驟（1)中，所述的鍶離子動態(tài)吸附試驗方法為：選用自制動態(tài)吸附實驗裝置， 將鍶離子印跡聚合物裝入動態(tài)吸附柱中，將具有初始pH值的去離子水通過吸附裝置10~ 30min;將具有初始pH值、初始濃度為(^的鍶離子溶液，在一定溫度下，按一定流速通過吸 附柱，利用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜測量t時刻流出液中鍶離子濃度Ct。
[0023] 本發(fā)明的技術優(yōu)點：
[0024](1)本發(fā)明用到的鍶離子印跡聚合物具有優(yōu)越的鍶離子識別能力；
[0025] (2)采用動態(tài)吸附方法吸附分離鍶離子，為工業(yè)進一步應用提供依據(jù)；
[0026] (3)利用響應曲面優(yōu)化鍶離子印跡聚合物對鍶離子的動態(tài)吸附過程，僅需29組實 驗即可得到優(yōu)化結果，得到鍶離子的最大吸附容量。
【附圖說明】
[0027] 圖1為本發(fā)明所得自制的動態(tài)吸附試驗裝置示意圖；
[0028] 圖2為本發(fā)明初始pH變化對動態(tài)吸附鍶離子的影響圖；
[0029] 圖3為本發(fā)明溫度變化對動態(tài)吸附鍶離子的影響圖；
[0030] 圖4為本發(fā)明初始離子濃度變化對動態(tài)吸附鍶離子的影響圖；
[0031] 圖5為本發(fā)明吸附劑質量變化對動態(tài)吸附鍶離子的影響圖；
[0032] 圖6為本發(fā)明初始pH與溫度對動態(tài)吸附鍶離子影響的響應面三維圖；
[0033] 圖7為本發(fā)明初始pH與溫度對動態(tài)吸附鍶離子影響的響應面二維圖；
[0034] 圖8為本發(fā)明初始pH與初始離子濃度對動態(tài)吸附鍶離子影響的響應面三維圖；
[0035] 圖9為本發(fā)明初始pH與初始離子濃度對動態(tài)吸附鍶離子影響的響應面二維圖；
[0036] 圖10為本發(fā)明初始pH與吸附劑質量對動態(tài)吸附鍶離子影響的響應面三維圖；
[0037] 圖11為本發(fā)明初始pH與吸附劑質量對動態(tài)吸附鍶離子影響的響應面二維圖；
[0038] 圖12為本發(fā)明溫度與初始離子濃度對動態(tài)吸附鍶離子影響的響應面三維圖；
[0039] 圖13為本發(fā)明溫度與初始離子濃度對動態(tài)吸附鍶離子影響的響應面二維圖；
[0040] 圖14為本發(fā)明溫度與吸附劑質量對動態(tài)吸附鍶離子影響的響應面三維圖；
[0041] 圖15為本發(fā)明溫度與吸附劑質量對動態(tài)吸附鍶離子影響的響應面二維圖；
[0042] 圖16為本發(fā)明初始離子濃度與吸附劑質量對動態(tài)吸附鍶離子影響的響應面三維 圖；
[0043] 圖17為本發(fā)明初始離子濃度與吸附劑質量對動態(tài)吸附鍶離子影響的響應面二維 圖；
[0044] 附圖標記說明：1_待測樣品溶液，2_懦動栗，3_吸附劑，4_石英砂，5_流出液。
【具體實施方式】
[0045] 下面結合附圖以及具體實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但本發(fā)明的保護范圍并 不限于此。
[0046] (1)單因素試驗
[0047] 依次改變初始pH、溫度、初始離子濃度和吸附劑質量進行單因素實驗。
[0048] 選用自制動態(tài)吸附實驗裝置，將50~150mg的鍶離子印跡聚合物裝入動態(tài)吸附 柱，用PH4~8的去離子水通過裝置30min，其目的在于排除實驗外的影響因素，從而降低 實驗誤差。將具有與上述去離子水同樣pH，初始離子濃度為10~70mg?I71，溶液溫度為 15~35°C的鍶離子溶液以lmL?mirT1的流速通過動態(tài)吸附柱，5mL塑料離心管連續(xù)接流出 液，用ICP-AES測定流出液中鍶離子的濃度，并計算鍶離子動態(tài)吸附容量。
[0049] 圖2為本發(fā)明初始pH變化對動態(tài)吸附鍶離子的影響圖。當pH由4升到6時，鍶 離子動態(tài)吸附容量明顯增加，而