双酚A分子印迹吸附剂去除水中污染物的研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sun383407949
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为了提高对水中典型酚类雌激素双酚A(BisphenolA,BPA)的吸附容量和选择性去除特性,本论文采用表面分子印迹和溶胶–凝胶相结合的技术,以BPA为印迹模板分子,二氧化硅为印迹基体材料,二乙烯三胺五乙酸(DTPA)为功能单体、正硅酸乙酯(TEOS)为交联剂,在羧基功能化硅胶表面制备了双酚A分子印迹吸附剂(BisphenolA molecular imprinted adsorbent, BPA–MIA)。研究了原料配比(DTPA:BPA和TEOS:BPA)对印迹吸附剂性能的影响,确定了最优化样品的合成条件。利用SEM、EDS、TG、FTIR、BET等现代分析和测试技术对制备原料、印迹与非印迹吸附剂性能进行了表征。探讨了吸附剂合成过程中印迹点位形成机理,结合Scatchard方程首次提出用吸附剂表面平均印迹点位数c来表征印迹吸附剂表面的印迹点位数量。以BPA非印迹吸附剂(BisphenolAmolecular non–imprinted adsorbent, BPA–NMIA)作对比,对印迹吸附剂在溶液中投加量、吸附动力学、吸附等温线、吸附热力学进行了研究。选择腐植酸和水中常见的离子作为干扰,研究BPA–MIA在实际水体中对BPA吸附稳定性能的影响,并对BPA–MIA的再生及重复使用性能进行了研究。选择结构与BPA类似的苯酚、四溴双酚A、苯酚红和2,4,6–三硝基苯酚为干扰物质,探讨BPA–MIA在单体系、二元及三元混合体系中对BPA的选择吸附性能,对印迹吸附剂在水中选择性识别机理进行了分析。实验结果表明,随着DTPA和TEOS投加量的增加,二氧化硅表面絮状物明显增加,BPA–MIA形貌发生明显变化,失重阶段和总失重大体上呈现增大趋势,BPA–MIA表面出现更多的DTPA特征基团峰,而BPA–MIA对BPA的去除率逐渐增大并达到最大值。在最优化样品合成条件下(BPA:DTPA:TEOS=1:1:10),BPA–MIA颗粒表面有一层絮状物,平均粒径450nm,含C、O、Si元素,比表面积为是BPA–NMIA的1.7倍。通过Scatchard方程拟合得到最优化样品最大表观结合数Qm为31.44μmol·g-1,吸附剂表面平均印迹点位数c为0.181μmol·m-2。吸附剂投加量为0.50g·L-1时,BPA–MIA和BPA–NMIA对BPA的吸附过程符合准二级动力学模型,初始吸附速率分别是1.49μmol·g-1·min-1和1.85μmol·g-1·min-1;BPA–MIA和BPA–NMIA吸附BPA过程符合Langmuir等温吸附模型,BPA–MIA对BPA的最大吸附容量为30.26μmol·g-1,是BPA–NMIA的3倍;BPA–MIA和BPA–NMIA对BPA吸附反应是自发的吸热反应,在吸附BPA的时可能发生结构变化。水中腐植酸和常见阴阳离子对BPA–MIA吸附BPA的过程没有影响;解吸实验表明BPA–MIA有很好的重复利用性,循环使用五次后,对BPA的饱和吸附量只损失了5.7%。通过在单体系中比较去除率、在二元和三元体系中比较相对选择吸附系数发现,存在苯酚、苯酚红、四溴双酚A和2,4,6–三硝基苯酚干扰物质时,BPA–MIA对BPA和与其结构最为相似的溴代衍生物四溴双酚A(TBBPA)具有良好的选择吸附性。分子结构和有机物化学性质是影响其选择吸附性能的主要因素。本研究制备的双酚A分子印迹吸附剂比非印迹吸附剂具有较高的吸附容量和选择吸附性能,可以作为水中BPA的萃取富集材料或者吸附材料,在水中微量元素分析检测或环境雌激素类污染物去除方面将会有广泛的应用前景。
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