碳微球表面二苯并噻吩分子印迹聚合材料制备过程优化及吸附性能初探

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针对世界范围内深度脱硫的要求,脱去石油中噻吩类等含硫物显得至关重要。表面分子印迹技术作为一种逐渐发展起来的新技术,通过对目标分子“烙印”在基质表面而产生与其形状、作用位点相匹配的孔穴,实现对目标分子的专一吸附。本论文在碳微球(CMSs)表面进行化学修饰,经过氧化、硅烷化、接枝单体、交联聚合等步骤,得到一类对油品中二苯并噻吩(DBT)化合物专一识别和吸附的表面分子印迹材料,以满足油品深度脱硫的要求。本论文中,通过混酸(HNO3+H2SO4)对化学气相沉积法产生的CMSs表面进行氧化,将含氧官能团引入其表面;硅烷偶联剂KH-570结构中的羟基与氧化CMSs表面的羟基通过缩水作用将双键接枝在CMSs上,这为CMSs接枝有机单体提供桥梁;功能单体2-丙烯酰胺-2-甲基丙磺酸(AMPS)在引发剂作用下打开双键接枝到CMSs表面,提高了CMSs表面极性和静电引力;模板分子DBT与PAMPS/CMSs形成非共价键,在交联剂作用下固定,并通过洗脱液脱除,最终在CMSs表面印迹上与DBT完美匹配的孔穴。通过静态和动态吸附实验考察印迹聚合物的吸附性能。采用场发射扫描电子显微镜、X-射线光电子能谱、热重分析和红外分析等手段对产物进行表征和分析。结果如下:1、紫外(UV)辐照协同无机酸可以有效地氧化CMSs,使其表面引入含氧官能团。UV/H2O2+H2SO4体系对CMSs有较好的氧化效果。虽与传统的混酸氧化效果仍有一定差距,但这不失为一种更快速、绿色的氧化方法。2、通过氧化后CMSs表面的-OH与硅烷偶联剂KH-570结构中的Si-OH脱水缩合,将偶联剂上的双键引入CMSs表面。优化硅烷化过程,得到最佳反应条件:0.3g氧化CMSs中加入1mL KH-570,在45mL无水乙醇和15mL水中反应2h。修饰后的CMSs在乙醇溶液中的稳定性大大提高,接枝硅烷偶联剂后可以继续接枝各种有机单体。3、在硅烷化CMSs的基础上,将功能单体AMPS接枝到CMSs表面。优化聚合反应过程各参数,得到最优聚合条件,即:20mL水中,每0.2g硅烷化CMSs中加入1g AMPS,引发剂APS质量为AMPS的3%,在70℃下反应12h。PAMPS/CMSs有望用于吸附和污水处理等领域。4、制备了MIP-PAMPS/CMSs对于DBT的吸附材料,并初探了其静态和动态吸附实验。对不同浓度梯度的DBT溶液进行紫外光谱扫描,得到不同浓度范围的标准曲线;静态吸附实验考察印迹材料吸附容量时出现了异常的结果,归因于杂质颗粒并不能过滤完全而引起吸光度值增大的现象,由此进一步证明了CMSs的荧光量子点效应。这就要求必须重新选择一种DBT浓度的测定方法;动态吸附实验比较了MIP-PAMPS/CMSs和NIP-PAMPS/CMSs对1mmol/L DBT溶液的快速吸附行为,MIP-PAMPS/CMSs在加入1mL的DBT溶液时,可将DBT的含量由279ppm降至20ppm;0.1g MIP-PAMPS/CMSs在加入3×10-3mmol的DBT时达到饱和,共吸附1.38×10-3mmol,吸附效率达到46%。0.1g NIP-PAMPS/CMSs在加入1×10-3mmol DBT溶液已经达到饱和,吸附量为1.66×10-4mmol。结果表明MIP-PAMPS/CMSs对于DBT吸附的选择性高于NIP-PAMPS/CMSs,并可有效地降低油品中DBT的含量。
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