功能性吸附微球微流控制备及其对复杂体系废水中污染物选择性去除的应用研究

发布时间：2021-04-26 09:43

　　随着社会的进步和经济的持续发展,来自于农业、工业和能源产业的大量未处理或者部分处理的含高毒性有机污染物和难降解重金属离子的废水被直接排放到生态系统中,造成了严重的水污染。本课题即是在此背景下,结合新型纳米材料的吸附方法,实现复杂体系废水的深度净化和目标污染物的选择性去除。在本文中,以聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）材料为基材,结合激光雕刻和多板层的热压键合技术设计加工了聚焦流式（flow-focusing）微流控芯片,并以此为基础搭建了微流控微液滴在线观测系统平台和微流控并联放大系统平台,分别实现了微液滴制备过程及微液滴尺寸和形貌的在线观测,以及吸附微球从制备、交联到功能化修饰的一体化批量生产。此外,基于所观测到的多阶段微液滴形成过程（包括颈缩、剪切和成球阶段）,通过对分散相中壳聚糖含量以及分散相和连续相流速比的调控,实现了壳聚糖微液滴在可控粒径变化范围（911.3 μm～1522.5 μm）内的稳定制备。基于微流控微液滴制备技术、离子印迹技术和功能性官能团表面修饰技术,以天然生物质壳聚糖为原材料,制备了多种壳聚糖基吸附微球（壳聚糖微球、离子印迹壳聚糖微球和聚乙烯亚胺（PEI）改性壳聚糖微... 

【文章来源】：华东理工大学上海市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：168 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
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第1章 绪论
    1.1 选题背景及意义
    1.2 复杂体系废水组成及来源
        1.2.1 重金属离子
        1.2.2 染料
    1.3 废水处理方法及技术
    1.4 废水吸附处理研究进展
        1.4.1 吸附作用机制
        1.4.2 常见吸附材料
        1.4.3 壳聚糖吸附微球制备方法
    1.5 微流控技术
        1.5.1 微流控技术简介
        1.5.2 液滴微流控技术
        1.5.3 功能性壳聚糖吸附微球制备及研究进展
    1.6 目前研究存在的问题
    1.7 研究目标及内容
        1.7.1 研究目标
        1.7.2 研究内容
第2章 微流控平台搭建与微液滴尺寸控制
    2.1 微流控芯片设计及加工
        2.1.1 微流控芯片材料选择
        2.1.2 微流控芯片结构设计
        2.1.3 微流控芯片加工
        2.1.4 微流控芯片加工过程参数影响
    2.2 微流控平台搭建
        2.2.1 微流控微液滴在线观测系统平台
        2.2.2 微流控并联放大系统平台
    2.3 壳聚糖微液滴制备
        2.3.1 实验仪器与试剂
        2.3.2 壳聚糖微液滴制备流程
        2.3.3 微液滴尺寸控制
        2.3.4 微液滴尺寸影响
    2.4 小结
第3章 壳聚糖微球制备及性能研究
    3.1 壳聚糖微球制备
        3.1.1 实验仪器与试剂
        3.1.2 壳聚糖微球制备流程
    3.2 壳聚糖微球特性分析
        3.2.1 形貌特征
        3.2.2 性能表征
    3.3 吸附性能研究
        3.3.1 实验仪器与试剂
        3.3.2 批量吸附实验设计
        3.3.3 形貌变化研究
        3.3.4 吸附速率研究
        3.3.5 等温吸附研究
    3.4 吸附机理
    3.5 吸附物化参数对壳聚糖微球性能的影响研究
        3.5.1 pH影响
        3.5.2 壳聚糖微球交联程度的影响
        3.5.3 壳聚糖微球用量的影响
    3.6 对其他二价重金属离子的吸附研究
    3.7 脱附及再生性能研究
    3.8 小结
第4章 离子印迹壳聚糖微球制备及性能研究
    4.1 引言
    4.2 离子印迹壳聚糖微球制备
        4.2.1 实验仪器与试剂
        4.2.2 离子印迹壳聚糖微球制备流程
    4.3 离子印迹壳聚糖微球特性分析
        4.3.1 形貌特征
        4.3.2 性能表征
    4.4 吸附性能研究
        4.4.1 实验仪器与试剂
        4.4.2 批量吸附实验设计
        4.4.3 吸附速率研究
        4.4.4 等温吸附研究
    4.5 靶向吸附性能研究
    4.6 吸附机理
    4.7 再生稳定性研究
    4.8 小结
第5章 PEI改性壳聚糖微球制备及性能研究
    5.1 引言
    5.2 PEI改性壳聚糖微球制备
        5.2.1 实验仪器与试剂
        5.2.2 PEI改性壳聚糖微球制备流程
    5.3 PEI改性壳聚糖微球特性分析
        5.3.1 形貌特征
        5.3.2 机械强度
        5.3.3 性能表征
    5.4 吸附性能研究
        5.4.1 实验仪器与试剂
        5.4.2 批量吸附实验设计
        5.4.3 形貌变化研究
        5.4.4 吸附速率研究
        5.4.5 等温吸附研究
        5.4.6 对其他重金属离子的吸附研究
    5.5 脱附及再生性能研究
    5.6 小结
第6章 选择吸附实验及机理研究
    6.1 引言
    6.2 选择吸附实验研究
        6.2.1 测试对象、实验仪器与试剂
        6.2.2 选择吸附实验设计
        6.2.3 选择吸附对比
        6.2.4 EDS分析
    6.3 吸附机理研究
        6.3.1 离子尺度效应
        6.3.2 金属元素电负性
        6.3.3 DFT分子模拟
    6.4 小结
第7章 两亲性羧甲基壳聚糖/明胶复合微球CCGMs制备及性能研究
    7.1 引言
    7.2 羧甲基壳聚糖/明胶复合微球CCGMs制备
        7.2.1 实验仪器与试剂
        7.2.2 羧甲基壳聚糖/明胶复合微球CCGMs制备流程
    7.3 复合微球特性分析
        7.3.1 形貌特征
        7.3.2 性能表征
    7.4 吸附性能研究
        7.4.1 实验仪器与试剂
        7.4.2 批量吸附实验设计
        7.4.3 吸附速率研究
        7.4.4 等温吸附研究
        7.4.5 热力学分析
    7.5 选择吸附性能研究
        7.5.1 pH影响
        7.5.2 pH诱导选择性吸附
    7.6 脱附及再生性能研究
    7.7 小结
第8章 结论与展望
    8.1 结论
    8.2 本文的创新点
    8.3 展望
参考文献
致谢
博士学位期间科研成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]Microfluidic synthesis of thiourea modified chitosan microsphere of high specific surface area for heavy metal wastewater treatment[J]. Yong Zhu,Zhi-Shan Bai,Hua-Lin Wang.  Chinese Chemical Letters. 2017(03)
[2]一种微流控检测芯片的设计与工艺研究[J]. 杨波,唐飞,王晓浩,杨卓,熊继军.  仪器仪表学报. 2009(07)

硕士论文
[1]壳聚糖改性及其对重金属离子吸附性能研究[D]. 赵纪强.青岛科技大学 2005



本文编号：3161196