金属负载分子印迹催化剂对对硝基苯甲醇的吸附及催化性能研究

发布时间：2020-07-28 13:28

【摘要】：对硝基苯甲醇(p-NBA)是重要的精细化工中间体,应用十分广泛,但类似物很多,其排放会造成严重的环境污染,高效识别和吸附引起了众多科学家的关注。此外由于对p-NBA的氧化产物对硝基苯甲醛,在现代化工生产中有着广泛应用,因此对p-NBA催化氧化性能的研究具有重要的意义。传统的p-NBA催化氧化中,所用催化剂多为稀硝酸,会造成严重环境污染及设备腐蚀,因此迫切需要设计合成新型环保的催化剂。本研究围绕对p-NBA的吸附及催化,设计合成了分子印迹聚合物吸附剂和金属负载的分子印迹催化剂,为新型高效吸附剂和催化剂的发展提供了一些思路。首先利用分子印迹技术以p-NBA为模板分子制备分子印迹聚合物吸附剂(p-NBA-MIP),并制备了无模板分子的空白聚合物吸附剂(AA-NIP)作为对照组。通过孔结构表征、FT-IR、SEM等对制备得到的p-NBA-MIP和AA-NIP进行了表征,研究了p-NBA-MIP和AA-NIP对邻硝基苯甲醇(o-NBA)、间硝基苯甲醇(m-NBA)和p-NBA的吸附性能,并对吸附结果进行了吸附热力学和吸附动力学模拟。结果表明:p-NBA-MIP的比表面积和孔容分别为152.6m~2/g和63.1μL/g,均高于比表面积和孔容分别为50.3m~2/g和20.2μL/g的AA-NIP,为p-NBA-MIP优良的吸附性能提供了空间上的可能;与AA-NIP相比,p-NBA-MIP具有更高的溶胀率,达到44.57%,明显高于NIP的溶胀率4.04%;在298K,初始浓度为150mg/L时,p-NBA-MIP对p-NBA、o-NBA以及m-NBA的平衡吸附量分别为36.4mg/g、14mg/g和16mg/g,而AA-NIP对三种吸附质的吸附量差别不大,且都小于p-NBA-MIP的平衡吸附量;p-NBA-MIP和AA-NIP对三种吸附质的吸附等温线均符合Langmuir和Freundlich方程,且p-NBA-MIP对p-NBA的K_b和K_f值均大于另外两个吸附质的值,说明p-NBA-MIP对p-NBA的吸附能力大于另外两种吸附质,而AA-NIP对三种吸附质的K_b和K_f值都接近,说明吸附能力差别不大;吸附热力学结果显示,当吸附剂为p-NBA-MIP,吸附质为p-NBA,当吸附量为10mg/g时,298K、308K和318K下的自由能变分别为-3.523 kJ/mol、-3.288 kJ/mol和-3.008 kJ/mol,随着温度升高,自由能变绝对值减小,说明温度升高不利于吸附;动力学显示,Lagergren一级速率方程更适合于描述p-NBA-MIP和AA-NIP对p-NBA、o-NBA以及m-NBA的吸附,p-NBA、o-NBA以及m-NBA液膜分散速率类似。以上结果表明,p-NBA-MIP中存在与p-NBA分子相互补的空穴位点,从而表现出较高的吸附性能和特异性选择功能。此外通过本体聚合以p-NBA与镍离子的络合物为模板分子,以丙烯酰胺(AM)为功能单体制备了金属负载型分子印迹催化剂(Ni-MIP),并制备了无模板的非分子印迹聚合物(Ni-NIP)和无模板的空白聚合物(NIP)作为对照。通过SEM、TEM、FT-IR、UV-Vis等对制备得到的Ni-MIP、Ni-NIP和NIP进行了表征,研究了Ni-MIP、Ni-NIP和NIP对o-NBA、m-NBA和p-NBA催化性能。结果表明:Ni-MIP、Ni-NIP以及NIP的比表面积分别为161.6 m~2/g、133.2 m~2/g和51.2 m~2/g,三者孔容分别71.1μL/g、62.7μL/g以及12.7μL/g,Ni-MIP的比表面积和孔容均明显大于Ni-NIP和NIP,说明Ni-MIP、Ni-NIP和NIP的比表面积和孔容的大小受模板p-NBA和Ni纳米粒子的共同影响;FT-IR图谱分析表明成功合成了Ni-MIP、Ni-NIP和NIP三种聚合物催化剂,SEM表征说明Ni-MIP表面比较粗糙有利于吸附,并形成对模板分子具有特异性结合的空穴结构;TEM表征表明已成功将Ni纳米粒子负载进入Ni-MIP和Ni-NIP聚合物催化剂中;Ni-MIP、Ni-NIP和NIP对p-NBA催化结果说明,Ni-MIP的催化效果明显高于Ni-NIP和NIP的催化效果,如在1h时Ni-MIP、Ni-NIP和NIP对p-NBA的转化率分别为72%、64%和9%。以上结果显示,由于Ni-MIP中存在镍纳米粒子以及与p-NBA分子完全匹配的空穴,在底物p-NBA氧化成对硝基苯甲醛的反应中,Ni-MIP会表现出特异性选择催化作用以及更高的催化活性。
【学位授予单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X703;O631.3
【图文】：

时代日益进步，经济日益发展，生活水平日益提高，但的生活环境被破坏，由此导致环境问题变得尤为严重，因此环各个国家的主题。在此严峻的环境事态下，我国大力推进环保护作为我国的基本国策，由此突出显示环境问题的严重性。环源主要是称为“三废”的废水、废气、废渣，在三废中废水问题与人们生活最为息息相关的。在当今国家水资源短缺的情况下过严格处理而未达到排放要求的生活污水，工业、农业废水等加加重了水污染，给人类生活和生态系统都造成了巨大的影响的过程中，常见的甲醇类衍生物污染物主要有苯甲醇类衍生物 以及 o-NBA 等。

铸”抗体的结合位点。后来，“克隆选择”理论的出现解释了 Pauling 理论的不准确性。尽管如此，Pauling 理论还是为 MIT 的发展提供了强有力的铺垫。根据 Pauling 的理论，科学家们尝试了各种分子印迹，但直到 20 世纪 70 年代和 80 年代，这项技术才真正取得了突破。1972 年，Wuff 团队首次报道了合成的有机分子印迹聚合物，并于 1977 年创建了预组装方法[20,21]。通过对前人在 MIT 方面的理论整合，Mosbach 将模板分子和功能单体之间以非共价键方式引入分子印迹聚合物中，导致了自组装方法的创建（非共价印迹）。直至 1997 年在瑞典的 Lund 大学成立了国际性的分子印迹学会（Society forMolecular Imprinting，SMI）。在随后经过众多科研工作者二、三十年的努力，MIT 已经成熟，并在吸附提纯、免疫分析、模拟生物酶催化和生物传感器方面[22]具有广阔的应用前景。1.3.3 分子印迹技术原理

他过程导致模板位点所在的不溶性基质(其本身可通过空间、范德键合作用有助于识别)的形成。然后，通过破坏聚合物与模板的相互质中提取模板，从聚合物中除去模板。这样模板或其类似物可以在点”印迹”被聚合物选择性地结合，这里表示的是特定于乙烯基聚合的基本方案也可以应用于溶胶-凝胶、缩聚等[18]。子印迹技术分类板与单体之间的结合方式有多种，根据键合作用的不同，MIP 的制价键法、非共价键法、共价与非共价共同作用杂化体系法。价印迹法是指模板分子与功能单体之间是以共价键合相互作用，经后得到 MIP，将 MIP 中的可逆共价键断开，再用极性溶剂将模板，使其形成具有与模板分子完全匹配的印迹空腔的 MIP。此法，最等[23]提出的。典型例子如图 1.3[24,25]。

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 王国兵;;电化学氧化法处理生物难降解有机化工废水的研究[J];化工管理;2015年22期

2 杨明庆;林英杰;;间苯二甲醛的合成[J];精细化工;2014年04期

3 岳治杰;杨佳财;;染料废水处理技术现状与发展[J];环境科学与管理;2012年07期

4 朱燕;吴广文;黄艳刚;吴浩;虞祺;魏成林;丁敦敦;;两步法合成间硝基苯甲醛[J];精细化工;2011年02期

5 付丰连;;物理化学法处理重金属废水的研究进展[J];广东化工;2010年04期

6 陈婵维;付忠田;于洪蕾;姜彬慧;;染料废水处理技术进展[J];环境保护与循环经济;2010年04期

7 张龙;吴伟;李爱民;喻学敏;张全兴;;吸附法处理水体中溶解性有机物的研究进展[J];离子交换与吸附;2009年01期

8 黎载波,王国庆,邹龙生;有机高分子絮凝剂在印染废水处理中的应用[J];工业水处理;2003年04期

9 张育川;对硝基苯甲醇[J];精细与专用化学品;2002年18期

10 贺西京,李浩鹏,王栋,王斌,刘晓刚,孔德玲,吕惠茹;苯甲醇是引起臀肌挛缩症的主要原因[J];中华外科杂志;2001年04期

相关硕士学位论文 前4条

1 吴文琳;分子印迹聚合物在环境污染物残留分析及吸附中的应用研究[D];华中师范大学;2015年

2 祝贞科;金属配位型分子印迹聚合物催化剂的制备及其催化作用研究[D];湖南师范大学;2011年

3 刘世德;综合电镀废水化学处理方法的预处理工艺研究[D];天津大学;2009年

4 刘小育;分子印迹聚合物的制备及其分子识别性能的研究[D];西北师范大学;2007年

本文编号：2772944