硅基复合材料吸附分离有机污染物的研究

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氯酚类、烷基酚类是重要的化工原料,被广泛用于药物、杀虫剂、染料等化合物的合成中,这些物质具有天然的毒性和致癌的性质,因此在排放前必须采取措施对其进行处理以确保达标排放;抗生素近年来作为添加剂大量参入家禽和家畜饲料中,经过动物代谢后排入环境,并在水体中大量富集,已经对微生物的生长和人类的健康造成了威胁,如何除去上述两类环境污染物是本课题的研究内容。   硅基材料具有比表面积大、表面羟基丰富、易于修饰、稳定性好、机械强度高、储量丰富和价格便宜的优势,适合做吸附功能材料和表面分子印迹聚合物的支架材料。表面分子印迹聚合物具有吸附快、选择性高、环境抵抗力强和使用寿命长等特点,因而在污水处理、色谱分离、手型物质拆分、仿生传感器和固相萃取等领域显示出了很好的应用前景。   本论文以天然硅材料凹凸棒土(ATP)、硅胶和粉煤灰空心微球为载体分别合成了β-环糊精/凹凸棒土(β-CD/ATP)复合材料、SiO2为基质的Fe2O3/mSiO2磁性复合材料和粉煤灰空心微球为载体的磁性分子印迹聚合物,通过系统的测试手段,表征了三类吸附剂的形貌、磁性、结构、元素组成和表面特征等;结合平衡吸附实验和动力学实验探讨了可能的吸附和识别机理。   本论文主要包括以下三个方面的内容:   1.β-CD/ATP吸附剂的合成及共吸附分离2,4-二氯苯酚(2,4-DCP)和2,4-二氯苯酚(2,6-DCP)的研究   首先以化学修饰法在凹凸棒土表面接枝β-CD(β-环糊精)合成了β-CD/ATP复合材料,利用多种表征手段研究了β-CD/ATP形貌特征,结果显示β-CD/ATP具有中孔结构和大的孔体积,很适合做吸附材料,通过三个等温方程对吸附平衡数据进行了拟合,发现langmuir模型能够很好的解释β-CD/ATP对二氯苯酚的吸附行为,动力学数据表明准二级动力学方程适合用于描述吸附动力学行为,pH对比实验发现:吸附2,4-DCP的最佳pH=8,吸附2,6-DCP的最佳pH=9,并给出了pH值影响吸附的原因。   2.磁性复合材料Fe2O3/mSiO2制备与吸附分离抗生素的研究   首先合成了铃铛型磁性多空硅球Fe2O3/mSiO2,硅球的结构和特征利用红外光谱、X-射线衍射、扫描电镜以及氮气吸附-解吸附分析仪表征,系统研究了硅球吸附四环素(TC)和磺胺甲嘧啶(SMZ)的热力学、动力学特性,并且探讨了pH值、离子强度对吸附的影响,最后研究了磁性材料的再生与重复利用情况。   3.基于粉煤灰空心微球为载体的磁性分子印迹聚合物的制备与选性吸附分离壬基酚的研究   首先合成了以粉煤灰空心微球为载体,壬基酚为模板的磁性分子印迹聚合物。磁性印迹聚合物的结构和特性由红外光谱、X-射线衍射仪、扫描电镜表征而得。吸附行为通过动力学、热力学平衡及选择性试验数据来评价。结果表明:磁性分子印迹聚合物有较快的传质动力学、较大的吸附容量和较高选择性。
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