纳米杂化二氧化硅的制备及其在水处理中的应用
发布时间：2020-07-13 10:35
【摘要】：持久性有机污染物(Persistent Organic Pollutants,POPs)和重金属离子是水源水体中的威胁人类健康的两类致命污染物。二氧化硅吸附材料常用于吸附水体中的持久性有机污染物和重金属离子,但是,目前二氧化硅吸附材料仍有吸附去除率低、平衡时间长、热稳定性差等缺点。因此,设计新型功能化二氧化硅杂化材料并探索其在水处理中的应用是一个非常重要的研究课题。本文提出了三种简单、灵活、有效制备功能二氧化硅杂化材料的方法并探索其在水处理领域中的应用。 为了解决二氧化硅吸附材料吸附去除率低、平衡时间长的问题,设计并合成出螯合型二乙酸氨丙基修饰的介孔二氧化硅杂化材料,考察了pH值、温度、吸附时间和初始浓度对介孔二氧化硅吸附性能的影响,探讨了杂化介孔二氧化硅对Pb~(2+)的吸附热力学和动力学特性。结果表明,经螯合配体修饰的杂化介孔二氧化硅对水中Pb~(2+)的吸附展现了良好的性能。吸附效率最高可达到99.4%,具有吸附快、吸附去除率高的特点。二乙酸氨丙基介孔二氧化硅对水中Pb~(2+)的吸附符合Langmuir吸附等温方程,吸附过程符合准二级动力学方程。 为了避免二氧化硅纳米粉体吸附剂固液难分离的问题,设计并制备出易分离回收的二氧化硅纳米杂化纤维膜。将溶胶-凝胶法和静电纺丝技术相结合,首先合成了巯基功能化的聚丙烯腈@二氧化硅核壳纳米纤维膜,再通过二甲基甲酰胺处理,得到巯基功能化的壳带状杂化纤维膜。巯基功能二氧化硅杂化纤维膜可以用来吸附水中的重金属离子。此外还使用溴丙基三氯硅烷对二氧化硅纳米纤维进行修饰制备了溴丙基修饰的二氧化硅纳米杂化纤维膜。由于溴丙基三氯硅烷过度生长导致在二氧化硅纤维表面形成一些纳米粒子。由于杂化纤维膜具有较高的比表面积、大量的孔道及溴丙基疏水的表面,故其对微量持久性有机污染物狄氏剂的去除率可达91%以上。 生物体所含的脂质可以对脂溶性物质有效富集。单纯的二氧化硅粒子不具备吸附去除POPs的功能,为了解决此问题,从仿生学角度出发,通过对疏水性有机污染物在生物脂肪组织中的富集过程研究模拟,合成复合脂质材料,并通过溶胶-凝胶和自组装过程,将脂质双层和二氧化硅结合形成杂化粒子,并利用它捕获去除水中的POPs。这一方法是通过将含有硅氧烷的脂质在水中超声分散,利用疏水的脂质双链将疏水的POPs捕获到它所形成的含脂质双层中。为了解决此杂化粒子吸附剂固液分离难的问题,还探索了含脂质双层的二氧化硅磁性杂化粒子去除POPs的方法。结果表明,含脂质双层的二氧化硅磁性粒子对狄氏剂有良好的去除能力,因此它是一个潜在的高效去除微量持久性有机污染物的吸附材料,是仿生学在污染控制应用中的一种新的探索。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X703.5
【图文】：
[60-64]。图1-1 脂质体结构Fig.1-1 Structure of liposomea) 单室脂质体 b) 多室脂质体a) Unilamellar liposome b) Multilamellar liposome脂质体大小各异，最小的脂质体直径在 20nm 左右，最大的直径 1μm 或更大，相当于一个活细胞的大小。脂质体能在一个或三个潜在的部位装载生物组分（水溶性生物组分在内水相中、脂溶性生物组分在双分子膜中、多肽- 6 -相关博士学位论文 2011年 第08期 工程科技Ⅰ辑 B027-49-14
是一种强大的通用的方法。最近，这种方法在纳米结构的有机/无机杂化材料的发展中常被采用。图1-2 硅氧烷复合脂质（1和2）的分子结构和形成含脂质双层的SiO2杂化粒子示意图[68]Fig.1-2 Molecular structures of the forming lipids (1 and 2) and schematic drawing of thehybrid silica with lipid bilayer[68]最近几年，几种通过超分子自组装制备溶胶凝胶杂化纳米材料的方法已经发展起来了。首先，用两亲性的有机硅氧烷制备出含脂质双层的SiO2杂化粒子[69-73]。这种含脂质双层的SiO2杂化粒子具有独特的结构，因为其内部结构是脂质体脂质双层的膜泡，而脂质双层表面结构是与二氧化硅粒子同源的SiO2网络结构。而且可以在固体基质上发展含脂质双层的SiO2杂化粒子的分层的组织结构。自组装技术已经发展成为制备有序纳米结构材料的重要手段。这种方法是基于以自组装体为模版，结合溶胶凝胶技术，例如制备棒状胶束，微乳，嵌段共聚物、有机凝胶等。然而，这些材料中大部分仅用有机部分作为模板，最终仍由无机部分组成。相比较而言，在最近几年一种新?
注入内标物五氯硝基苯（图 2-1）。2.785min处出峰为内标物五氯硝基苯，4.874min处出峰为狄氏剂。图2-1 狄氏剂气相色谱：2.785min处为内标物五氯硝基苯，4.874min处为狄氏剂Fig.2-1 Gas chromatography of dieldrin (4.874min) using pentachloronitrobenzene asinternal standard (2.785min)有 机 氯 农 药 狄 氏 剂 的 测 定 采 用 Agilent 6890D GC （ AgilentTechnologies ， USA ）气相色谱仪：电子捕获检测器（ μ-ECD ）（ AgilentTechnologies，美国），HP-5 毛细管柱（30m×0.25mm×0.25mm）；检测器放- 22 -相关博士学位论文 2011年 第08期 工程科技Ⅰ辑 B027-49-30
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X703.5
【图文】：
[60-64]。图1-1 脂质体结构Fig.1-1 Structure of liposomea) 单室脂质体 b) 多室脂质体a) Unilamellar liposome b) Multilamellar liposome脂质体大小各异，最小的脂质体直径在 20nm 左右，最大的直径 1μm 或更大，相当于一个活细胞的大小。脂质体能在一个或三个潜在的部位装载生物组分（水溶性生物组分在内水相中、脂溶性生物组分在双分子膜中、多肽- 6 -相关博士学位论文 2011年 第08期 工程科技Ⅰ辑 B027-49-14
是一种强大的通用的方法。最近，这种方法在纳米结构的有机/无机杂化材料的发展中常被采用。图1-2 硅氧烷复合脂质（1和2）的分子结构和形成含脂质双层的SiO2杂化粒子示意图[68]Fig.1-2 Molecular structures of the forming lipids (1 and 2) and schematic drawing of thehybrid silica with lipid bilayer[68]最近几年，几种通过超分子自组装制备溶胶凝胶杂化纳米材料的方法已经发展起来了。首先，用两亲性的有机硅氧烷制备出含脂质双层的SiO2杂化粒子[69-73]。这种含脂质双层的SiO2杂化粒子具有独特的结构，因为其内部结构是脂质体脂质双层的膜泡，而脂质双层表面结构是与二氧化硅粒子同源的SiO2网络结构。而且可以在固体基质上发展含脂质双层的SiO2杂化粒子的分层的组织结构。自组装技术已经发展成为制备有序纳米结构材料的重要手段。这种方法是基于以自组装体为模版，结合溶胶凝胶技术，例如制备棒状胶束，微乳，嵌段共聚物、有机凝胶等。然而，这些材料中大部分仅用有机部分作为模板，最终仍由无机部分组成。相比较而言，在最近几年一种新?
注入内标物五氯硝基苯（图 2-1）。2.785min处出峰为内标物五氯硝基苯，4.874min处出峰为狄氏剂。图2-1 狄氏剂气相色谱：2.785min处为内标物五氯硝基苯，4.874min处为狄氏剂Fig.2-1 Gas chromatography of dieldrin (4.874min) using pentachloronitrobenzene asinternal standard (2.785min)有 机 氯 农 药 狄 氏 剂 的 测 定 采 用 Agilent 6890D GC （ AgilentTechnologies ， USA ）气相色谱仪：电子捕获检测器（ μ-ECD ）（ AgilentTechnologies，美国），HP-5 毛细管柱（30m×0.25mm×0.25mm）；检测器放- 22 -相关博士学位论文 2011年 第08期 工程科技Ⅰ辑 B027-49-30
【参考文献】
相关期刊论文 前4条
1 史铁钧,王华林,裘小宁;有机无机杂化材料研究进展[J];合肥工业大学学报(自然科学版);2000年01期
2 朱艳彬,冯e
本文编号：2753347
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