[发明专利]一种锶离子印迹聚合物动态吸附锶离子的响应曲面优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锶离子的动态吸附分离方法，尤其涉及一种响应曲面优化锶离子印迹聚合物对锶离子的动态吸附分离方法。

背景技术

核燃料的开采与加工、核反应堆的泄漏、核废物的回收再处理等产生的大量的放射性物质严重危害着环境和人类健康。具有放射性的⁹⁰Sr，是核裂变产物中最丰富的中低放射性核素之一，当其进入环境后会造成大气、水和土壤污染，造成自然生态环境破坏，最终会通过食物链在人体内大量富集。因其半衰期长，代谢困难，可引发慢性内照射放射病，造成贫血症、白血病等一系列疾病。因此，对环境中锶离子的及时吸附分离是极其必要的。

离子印迹聚合物(Ion imprinted polymers，IIPs)，是一种具有固定孔穴大小和形状，还有某些特殊分子结构和功能基团的新型高分子材料。由于在制备过程中获得的识别位点对特定分子具有特异的亲和力、选择性以及高度交联的结构，能够选择性的识别目标离子。并且其具有抗恶劣环境的能力，表现出高度的稳定性和长的使用寿命，因此广泛用于金属离子的分离与回收。

目前，有关离子印迹聚合物处理锶离子废水的研究工作多采用静态的吸附方法，该法用于实验室的试验研究是行之有效的，但难以在工业上推广应用。本专利用锶离子印迹聚合物作为吸附剂装填吸附柱，动态吸附分离水溶液中的锶离子。然而在动态吸附分离的过程中，涉及到的参数很多，想要得到最优的吸附条件，达到最大吸附容量是比较困难的。响应曲面法是一种优化吸附条件的有效方法，可用于确定各因素及其交互作用在吸附过程中对吸附容量(响应值)的影响，以最少的实验次数就可以找到最优的动态吸附条件。

发明内容

本发明的目的是采用响应曲面优化锶离子印迹聚合物对锶离子的动态吸附过程，对初始pH、温度、初始离子浓度和吸附剂质量这四个对锶离子动态吸附影响较大的因素进行优化，从而提高了锶离子的动态吸附容量。

锶离子印迹聚合物应用于动态分离水溶液中锶离子，并用响应曲面方法优化锶离子动态吸附容量，按照下述步骤进行：

(1)单因素试验：

依次改变初始pH、温度、初始离子浓度和吸附剂质量进行锶离子动态吸附单因素试验，用ICP-AES测定流出液中锶离子的浓度，计算锶离子动态吸附容量，确定初始pH、温度、初始离子浓度和吸附剂质量对锶离子吸附容量影响效果较显著的区间范围；

(2)响应面法优化设计：

根据步骤(1)单因素试验结果，以锶吸附容量效果较显著的初始pH、温度、初始离子浓度和吸附剂质量为自变量，锶离子动态吸附容量q_e为响应值Y，利用Design-Expert 8.0.5b软件根据Box-Behnken设计原则进行实验设计，确定每种方案下的锶离子动态吸附容量；

(3)模型的建立和统计分析

根据步骤(2)的数据进行多元回归分析，建立二次多元回归模型：

Y＝+11.06+0.70X_I+0.78X_II+2.87X_III-0.84X_IV-0.22X_IX_II+0.042X_IX_III-7.65E-3X_IX_IV+0.21X_IIX_III-0.61X_IIX_IV-0.36X_IIIX_IV-7.34X_I²+0.51X_II²-0.40X_III²-0.33X_IV²

其中，响应值Y为锶离子吸附容量q_e，X_I为初始pH、X_II为温度、X_III为初始离子浓度，X_IV为吸附剂质量；

(4)对二次多元回归模型方程进行方差分析和显著性分析；

(5)实验结果分析与优化：