新型表面分子印迹技术的建立及其在环境保护中的应用研究

发布时间：2020-05-29 06:16

【摘要】： 重金属离子废水及含酚废水是造成水污染的主要来源,对人类社会已经造成了很大的危害。因此,通过分子设计,制备既能够高效地处理废水中的污染物,又能够有效地分离和回收有用物质的高性能(高结合容量、高选择性)材料,具有重要的环境保护与资源再利用价值。本课题首先制备了两种接枝型复合材料并充分研究了它们对重金属离子及酚类物质的吸附性能与吸附机理。在此基础上,本课题在国际范围内首次提出并建立了一种新型的表面分子印迹技术,在硅胶表面实施了重金属离子及酚类物质的分子(离子)印迹,制备了三类高性能的分子(离子)表面印迹材料,充分研究了它们对模板分子(离子)的结合性能与识别机理。所制备的分子(离子)表面印迹材料对重金属离子以及酚类物质等环境污染物具有高效的去除能力。本课题的研究结果在环境保护与治理领域具有重要的科学意义与应用价值。 通过γ-氯丙基三甲氧基硅烷的媒介,采用“接枝到”("graft to")的方法将功能大分子聚乙烯亚胺(polyethyleneimine, PEI)接枝到硅胶微粒表面,制备了接枝型复合材料PEI/SiO2；考察研究了PEI/SiO2对Cu2+、Cd2+、Pb2+、Zn2+、Cr3+等重金属离子的吸附性能与吸附机理。实验结果表明,PEI/SiO2对Cu2+、Cd2+、Pb2+、Zn2+、Cr3+等重金属离子具有强的螯合吸附能力。PEI/SO2对重金属离子的吸附属于单分子层化学吸附,吸附行为符合Langmuir吸附模型。吸附容量受pH以及温度的影响很大,在重金属离子不发生水解的pH值范围内,随着pH的增大,吸附容量增高；吸附容量随温度升高而增大,充分显示出化学吸附的特征。 在上述研究基础上,以Cu2+、Cd2+、Pb2+、Cr3+为模板离子,环氧氯丙烷为交联剂,对化学接枝在硅胶微粒表面的功能大分子PEI进行了重金属离子印迹,制备了四种重金属离子的表面印迹材料IIP-PEI/SiO2；考察研究了IIP-PEI/SiO2对模板离子的结合性能与识别选择性。实验结果表明,IIP-PEI/SiO2对模板离子具有优良的结合亲和性与特异的离子识别选择性。与印迹之前的接枝型复合材料PEI/SiO2相比,重金属离子印迹材料IIP-PEI/SiO2对模板离子的选择性系数提高了14-60倍。离子印迹材料IIP-PEI/SiO2还具有良好的脱附性能与重复使用性能,用0.1mol·L-1的盐酸就可以实现重金属离子的脱附,而且重复使用性能好,使用10次以后结合容量基本不变。 对于接枝型复合材料PEI/SiO2,还深入考察研究了它对苯酚及对硝基苯酚等酚类物质的吸附性能与吸附机理。实验结果表明,凭借氢键相互作用与静电相互作用的协同,PEI/SiO2对酚类物质具有很强的吸附作用,吸附属于单分子层的物理吸附,吸附行为符合Freundlich吸附模型。吸附容量受pH以及温度的影响很大,吸附容量随介质pH的增大呈现先增大后降低的规律,在pH为7时,吸附容量最大；吸附容量随温度升高而降低,显示出物理吸附的特点。 在上述研究的基础上,分别以苯酚及对硝基苯酚为模板分子,乙二醇二缩水甘油醚为交联剂,对化学接枝在硅胶微粒表面的功能大分子PEI进行了苯酚及对硝基苯酚分子印迹,制备了苯酚及对硝基苯酚分子的表面印迹材料MIP-PEI/SiO2。考察研究了两种分子印迹材料MIP-PEI/SiO2对模板分子的结合性能与识别选择性。实验结果表明,两种印迹材料MIP-PEI/SiO2对模板分子具有优良的结合亲和性与特异的分子识别选择性。与印迹之前的接枝型复合材料PEI/SiO2相比,分子印迹材料MIP-PEI/SiO2对模板分子的选择性系数提高了11-40倍。MIP-PEI/SiO2还具有良好的脱附性能与重复使用性能,用0.1mol·L-1的盐酸就可以实现苯酚及对硝基苯酚的脱附,使用10次以后结合容量基本不变。 通过3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷的媒介,采用“接枝于”("graft from")的方法将功能大分子聚甲基丙烯酸(polymethylacrylic acid, PMAA)接枝到硅胶微粒表面,制备了接枝型复合材料PMAA/SiO2；考察研究了PMAA/SiO2对苯酚的吸附性能与吸附机理。凭借氢键相互作用,PMAA/SiO2对苯酚具有强的吸附作用,吸附属于单分子层的物理吸附,吸附行为符合Freundlich吸附模型。吸附容量受pH以及温度的影响很大,吸附容量随介质pH的增大而降低；吸附容量随温度升高而减小,显示出物理吸附的特点。 在上述研究的基础上,以苯酚为模板分子,乙二醇二缩水甘油醚为交联剂,对化学接枝在硅胶微粒表面的功能大分子PMAA进行了苯酚分子印迹,制备了苯酚分子的表面印迹材料MIP-PMAA/SiO2。考察研究了MIP-PMAA/SiO2对苯酚的结合性能与识别选择性。实验结果表明,MIP-PMAA/SiO2对苯酚具有优良的结合亲和性与特异的分子识别选择性。与印迹之前的接枝型复合材料PMAA/SiO2相比,苯酚分子印迹材料MIP-PMAA/SiO2对苯酚的选择性系数提高了22-25倍。MIP-PMAA/SiO2具有良好的脱附性能与重复使用性能,用0.01mol·L-1的氢氧化钠溶液就可以实现苯酚的脱附,使用10次以后结合容量基本不变。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2010
【分类号】：X703

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 张华,逯阳,肖长发;载双硫腙螯合纤维制备及富集重金属离子研究[J];离子交换与吸附;2005年05期

2 杨秀敏;胡振琪;李宁;杨秀红;张迎春;;钠基膨润土对重金属离子Cu~(2+),Zn~(2+),Cd~(2+)的吸附实验[J];煤炭学报;2009年06期

3 陈培榕;吴耀国;刘保超;谭英;;重金属吸附剂壳聚糖的改性研究进展[J];化工环保;2009年02期

4 夏炎;严俊;;偕胺肟螯合树脂的合成及其对金属离子Cu~(2+)的吸附[J];化学试剂;1982年03期

5 肖开提·阿布力孜;彭秧;王吉德;司马义·努尔拉;;原子吸收光谱法研究聚丙烯腈树脂对铜、铅、镉和锌的吸附性能[J];光谱学与光谱分析;2010年04期

6 周利民;黄群武;刘峙嵘;;硫脲改性磁性壳聚糖微球对Hg~(2+),Cu~(2+)和Ni~(2+)的吸附[J];化学反应工程与工艺;2008年06期

7 杨文;王平;朱健;张烨;;PAM表面改性硅藻土吸附废水中Pb~(2+)[J];非金属矿;2011年02期

8 林建荣;金章岩;卓家明;;以大孔球状聚氯乙烯为骨架的多乙烯多胺树脂的合成及其吸附性能研究[J];福建师范大学学报(自然科学版);1991年04期

9 巩新兴;;巯基泡塑对重金属离子的吸附洗脱性能研究[J];陇东学院学报(自然科学版);2005年02期

10 唐星华;张小敏;周爱玲;;交联壳聚糖对重金属离子吸附性能的研究进展[J];离子交换与吸附;2007年04期

相关会议论文 前10条

1 王袁;蒋平;刘可柯;程胜高;;改性膨润土去除废水中重金属离子的应用前景[A];中国矿物岩石地球化学学会第12届学术年会论文集[C];2009年

2 令狐文生;徐江锋;徐景华;;污泥焚烧过程中重金属离子迁移规律研究[A];第六届全国环境化学大会暨环境科学仪器与分析仪器展览会摘要集[C];2011年

3 高敏;薛宝龙;高龙成;;含硫聚电解质的合成及在水处理应用[A];2011年全国高分子学术论文报告会论文摘要集[C];2011年

4 邵颖;徐伟民;芮春芳;;羧甲基交联壳聚糖树脂对重金属离子的吸附及树脂再生研究初探[A];面向21世纪的科技进步与社会经济发展（上册）[C];1999年

5 常玉芬;宁桂玲;林源;;一种球状高分子聚合物对污水中重金属离子的分离作用[A];新世纪 新机遇 新挑战——知识创新和高新技术产业发展（下册）[C];2001年

6 郑怀礼;孙秀萍;陈春艳;刘宏;王白雪;廖华;;二乙烯三胺乙基聚合物的合成及对重金属离子的捕集吸附性能[A];第三届全国环境化学学术大会论文集[C];2005年

7 袁亚仙;姚建林;马君银;顾仁敖;;重金属离子的电化学与表面增强拉曼光谱检测[A];第十三次全国电化学会议论文摘要集（上集）[C];2005年

8 商平;刘涛利;魏丽娜;李梦;;花生壳在废水处理中的应用现状[A];新农村建设与环境保护——华北五省市区环境科学学会第十六届学术年会优秀论文集[C];2009年

9 沈敏;杜平;薛爱芳;李胜清;陈浩;;交联羧甲基魔芋葡甘聚糖柱预富集—GFAAS测定痕量铅、镉、铜的研究[A];湖北省化学化工学会第十一届分析化学专业年会论文集[C];2007年

10 王丽娟;刘树深;葛会林;;四种重金属离子对明亮发光杆菌急性和亚急性毒性的比较研究[A];第五届全国环境化学大会摘要集[C];2009年

相关重要报纸文章 前10条

1 刘霞;“超级沙”可高效吸附水中重金属离子[N];科技日报;2011年

2 记者 宗文雯;快速测水中重金属离子[N];苏州日报;2009年

3 曹明明;重金属离子检测不容忽视[N];中国纺织报;2005年

4 王继成;不惜重金“治污水”[N];中国有色金属报;2008年

5 史红霞;金川集团污水处理站扩能改造工程实现双过半[N];中国有色金属报;2008年

6 杭春燕;植物修复：神奇的土壤“改良术”[N];新华日报;2005年

7 ;电镀业让人欢喜让人忧[N];西安日报;2004年

8 菏泽学院化学化工系 黄英雄;几种污水处理的材质[N];菏泽日报;2008年

9 记者 李文峰　通讯员 周建成;株冶年减少新水用量200万吨[N];湖南日报;2010年

10 梁峗;金川公司污水处理取得重大突破[N];中国职工科技报;2008年

相关博士学位论文 前10条

1 任月明;铜离子印迹磁性生物吸附材料的制备及性能研究[D];哈尔滨工程大学;2008年

2 安富强;新型表面分子印迹技术的建立及其在环境保护中的应用研究[D];中北大学;2010年

3 王艳;黄土对典型重金属离子吸附解吸特性及机理研究[D];浙江大学;2012年

4 邢云;壳聚糖的修饰改性及其对重金属和染料的吸附行为研究[D];武汉大学;2009年

5 郭祥峰;亲水性萘酰亚胺阳离子荧光分子探针的设计、合成及性能[D];大连理工大学;2004年

6 Syed Mazhar Shah;石墨炉原子吸收光谱法用于重金属离子的富集和分析[D];吉林大学;2012年

7 郑蕾;活性污泥胞外聚合物吸附重金属效能与机制研究[D];哈尔滨工业大学;2006年

8 姜爱莉;柄海鞘的生理能量学及对重金属的富集作用[D];大连理工大学;2007年

9 王春峰;利用粉煤灰合成沸石技术与吸附性能研究[D];南京理工大学;2009年

10 赵晓伟;新型吸附材料的制备及其对溶液中重金属离子的吸附性能研究[D];吉林大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 赖坤容;改性聚丙烯酸钠的合成及其对水中重金属离子Pb～（2+）、Zn～（2+）、Ni～（2+）的去除研究[D];西北大学;2004年

2 姜桂明;亚氨乙酸型复合螯合材料的制备及其对重金属与稀土离子吸附性能和吸附热力学研究[D];中北大学;2011年

3 高萌;改性壳聚糖对畜禽废水Cu~(2+)、Zn~(2+)的捕集[D];西南大学;2011年

4 郑伟;碳羟磷灰石的制备及对重金属离子的吸附研究[D];湖南大学;2007年

5 朱波;用于重金属离子吸附的生物吸附剂的初步研究[D];上海交通大学;2008年

6 张昱;碳羟磷灰石对重金属离子的吸附研究[D];湖南大学;2008年

7 郜如;新型功能化吸附材料的制备及其对痕量组分分离富集的性能研究[D];兰州大学;2010年

8 王琪慧;新型吸附材料的合成及其对痕量元素的吸附性能[D];兰州大学;2011年

9 李青燕;多孔多胺化交联壳聚糖的合成及其对重金属离子的吸附性能研究[D];北京化工大学;2003年

10 葛俊森;水中重金属离子处理新方法[D];成都理工大学;2008年

，

本文编号：2686527