PVDF基分子印迹复合膜的构建及其选择性分离依诺沙星的行为机理研究

发布时间：2020-11-12 09:13

　　 依诺沙星(Enoxacin)因其具有生物积累性、生态毒性、残留含量低等特点存在于废水环境中,对生态环境以及人类健康造成了潜在威胁。因此,建立一种快捷、简便、低能耗和高选择性的依诺沙星分离技术具有十分重要的研究价值。分子印迹技术(MIT)是一种可以将目标物从复杂体系中进行选择性分离的方法,由于可以实现在合成聚合物的同时,形成选择性识别位点而被广泛应用于化工分离过程中。分子印迹膜(MIMs)是耦合MIT与膜分离技术(MST)两大优点的新型材料,兼具能耗低、易操作、易回收、渗透性好、选择性高等优势,达到了对特定分子选择性分离和识别的目的。然而,将MIMs应用在复杂环境样品的同时,也容易造成膜孔堵塞、渗透通量低、循环使用性差、稳定性低等问题,从而导致MIMs的使用寿命大大缩短。因此,提高膜材料的多项性能从而达到多样性要求已成为MIMs持续发展的突破点之一。本论文结合MIT、MST、仿生多巴胺自聚-复合改性技术以及纳米复合改性技术,以依诺沙星为目标物,通过不同方法及分析测试手段成功制备了依诺沙星印迹复合膜,达到对依诺沙星分子的选择性分离目的,在保留传统MIMs高选择性优点的同时,对其亲水性、稳定性、抗污性以及再生性等性能进行深入研究,制备了理想的功能型依诺沙星印迹复合膜。本论文的具体研究内容如下:1、碳纳米管负载PVDF基分子印迹复合膜的制备及其选择性分离性能研究将多壁碳纳米管(MCNTs)为载体,依诺沙星为模板分子,结合聚多巴胺(pDA)生物粘附技术、自由基聚合技术以及溶胶-凝胶印迹聚合技术成功制备碳纳米管负载PVDF基分子印迹复合膜(EINCMs),用于选择性分离混合溶液中的依诺沙星。通过表征测试对其合成产物进行表征,并进行吸附、渗透实验研究EINCMs选择性分离依诺沙星的性能。结果表明,相比于非印迹纳米复合膜(NINCMs),EINCMs的吸附能力达到31.56 mg g~(-1),印迹因子达到了4.44,对模拟废水中的依诺沙星具有良好的特异性吸附效果,并具有高稳定性和选择性分离能力。2、环糊精诱导PVDF基分子印迹复合膜的制备及其选择性分离性能研究通过化学接枝方法将具有亲水外壳的环状低聚糖分子-环糊精接枝到PVDF膜表面,选取依诺沙星为模板分子,结合表面印迹聚合方法成功制备环糊精诱导PVDF基分子印迹复合膜(EIPCMs)。该方法在复合膜表面进行印迹聚合过程,有效减少印迹位点的包埋,提高了印迹位点的利用率。并通过各项表征对其表面形貌和化学组成进行系统性表征,吸附、渗透实验结果表明,EIPCMs的饱和吸附量为非印迹膜(NIPCMs)的三倍之多,印迹因子β值达到3.15,选择性渗透因子γ达到5.16。所制备的分子印迹复合膜大大提高了印迹效率,对依诺沙星分子具有良好的选择性分离性能。3、碳纳米球改性PVDF基分子印迹复合膜的制备及其选择性分离性能研究通过一锅法将碳纳米球(CNS)原位生长在膜表面,采用pDA作为亲水涂层和二级反应平台,通过印迹聚合方法成功合成碳纳米球改性PVDF基分子印迹复合膜(CBMIMs),用于特异性吸附和选择性分离依诺沙星分子。采用SEM、TEM和XPS等表征对其形貌结构和表面成键方式等特性进行表征,对合成产物进行探究。并结合系列性能测试表明CBMIMs的平衡吸附量和印迹因子分别达到32.26mg g~(-1)和3.15。所制备的CBMIMs不仅具有高亲水性、高抗污性,并且对依诺沙星分子也呈现出优异的选择性识别和分离效果,对其分离的应用起到了推动作用。4、有机-无机杂化纳米粒子改性PVDF基分子印迹复合膜的制备及其选择性分离性能研究将兼具表面亲水性和机械稳定性的二氧化硅(SiO_2)纳米粒子与高亲水性和生物相容性的低分子量有机分子进行接枝,并与PVDF粉末进行共混制膜,有效改善无机纳米粒子与聚合物结构的不相容性,并通过冰冻方法成功合成有机-无机杂化纳米粒子改性PVDF基分子印迹复合膜(SPEIMs)。通过各项表征得到具有特殊管状多孔结构,大大增大其比表面积以及高通量的SPEIMs。同时,性能测试结果表明,SPEIMs的平衡吸附量为55.94 mg,g~(-1),约为非印迹膜(SPNIMs)的五倍之多,经过6次循环实验后,其再生性仍为初始吸附量的90.31%,对依诺沙星分子的选择性分离具有广泛应用前景。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：O631.3;X703;TQ051.893
【部分图文】：

1.2 膜分离技术的简介1.2.1 膜分离技术的原理膜分离技术是通过一张具有选择性的特殊薄膜实现对混合物的分离、富集、提纯的一种新技术，其分离是在常温下，通过半透膜两侧的浓度差或电势差作为推动力，根据物质的物理化学性质的不同进行筛选、分离的方法[47]。膜分离技术在实际使用过程中具有易操作、能耗低、自动化、无相变等优势，在实际废水处理方面引起人们强烈兴趣。随着膜分离技术的逐步发展，这种技术已经在染料工业、石油化工、造纸工业、食品工业、制药工业等废水处理方面得到人们广泛的青睐[48,49]。相比于传统的分离方法，膜分离技术通常在常温下进行，大多数无需添加化学剂或加热过程，因此对生物活性物质或热敏物质的分离较为适用，在工业污水的净化处理中表现出高效的分离性能，能够对实际废水中的抗生素类分子进行有效分离[50]。膜分离技术的基本原理如图 1.1 所示。

图 1.2 分子印迹技术基本原理Fig. 1.2 The basic principle of molecular imprinting technique.2 分子印迹材料的制备方法迄今为止，MIPs 的制备方法主要取决于模板分子与功能单体分子间作用备方法主要分为以下几种：（1）本体聚合法：本体聚合法是最早使用且最为常用的聚合方法之一[将模板分子和功能单体均匀的溶解在溶剂中，通过加入相应的交联剂和行印迹聚合反应，最后将得到的印迹聚合物进行干燥、研磨等操作后利将目标物进行洗脱。Guo 等人[61]通过本体聚合的方法制备了 2-甲基-5印迹聚合物，应用于固相萃取其硝基咪唑类分子。Ji 等人[62]通过本体聚备了一种可以固相萃取环烯醚萜苷的分子印迹聚合物，该材料具有良好可消除类似物的干扰。虽然该方法操作简单、实验要求不高，但是形Ps 粒径分布不均匀，目标物洗脱困难，并且印迹位点会在研磨、洗脱过

多功能分子印迹复合膜的制备及其对依诺沙星的选择性分离行为和机理研究1.4 分子印迹膜1.4.1 分子印迹膜技术概况及发展分子印迹膜技术（MIMs）是兼 MIT 和 MST 的双重优点为一体的新型材料，MIMs 相比于传统膜材料具有更为优异的选择性识别特性，同时还解决了传统MIPs 难回收、重复使用率低等不足[86-91]。因此，MIMs 具有易回收、可连续操作、选择性识别和分离能力强、成本低廉、可适用于复杂环境条件等优势在化工、环境、医学等领域不仅实现了绿色化学，并且也创造了更为突出的研究价值和生产经济效益[92]。图 1.3 为传统膜材料和 MIMs 材料在分离混合物时的不同分离过程示意图[93]。
【参考文献】

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本文编号：2880562