不同孔道磁性阴离子交换树脂对负电性PPCPs的吸附研究

发布时间：2017-10-07 04:02

本文关键词：不同孔道磁性阴离子交换树脂对负电性PPCPs的吸附研究

【摘要】：随着人们生活水平的提高,药品和个人护理品(Pharmaceutical and Personal Care Products, PPCPs)越来越多地被生产和使用。水体中一部分PPCPs类物质呈现出负电性的特征,该类物质由于亲水性较强、分子量较小,难以被混凝沉淀或活性炭吸附等工艺充分去除,残留在环境中存在着一定的生态风险,引起了人们的广泛关注。而磁性阴离子交换树脂作为一种用于吸附水中负电性污染物的新型环境材料,目前已用于饮用水处理和废水深度处理中,对阴离子污染物具有较好的去除效果,也已开始运用于PPCPs污染物的处理中。但目前仍缺乏对磁性树脂吸附PPCPs类物质机理的深入探究,尤其缺乏对于不同物化结构阴离子交换树脂去除行为和机制的研究。本文通过调节不同树脂合成参数,合成出系列不同孔道的丙烯酸系阴离子交换树脂,在考察系列孔道树脂对典型负电性PPCPs(布洛芬和降固醇酸)的吸附和再生行为的基础上,通过研究温度、pH、共存无机/有机阴离子的影响,阐述孔道对PPCPs吸附及共存竞争因素的影响机制。研究的主要内容和结论如下：(1)选用甲基丙烯酸缩水甘油酯与二乙烯苯为单体,加入磁性氧化铁悬浮共聚,再经过胺化反应,合成出磁性阴离子交换树脂,并对合成参数进行优化,合成系列孔道树脂。实验发现,树脂交联度越高,机械强度越大,沉降速率也越大,但含水率和交换容量因此降低。采用良性致孔剂甲苯致孔,难以合成出符合机械强度和磁性强度需求的树脂；采用非良性致孔剂环己醇和十二醇混合致孔,既能保证树脂的机械强度和沉降速率要求,又可以有效调控树脂孔径分布。采用聚乙烯醇和硫酸钠为水相分散剂的树脂产率较高,而采用十二烷基苯磺酸等作为分散剂树脂产率较低。磁性氧化铁用量越多,树脂机械强度、沉降速率越高,但含水率和交换容量有所下降。经过树脂孔道分析,优选出三种树脂(ND-1、ND-2和ND-3)进行吸附行为与吸附机制研究,其平均孔径分别为11.67、15.36和24.95nm,累积孔体积分别为4.83、11.69和22.18 mm3 g-。(2)通过对比三种不同孔道树脂对布洛芬(IBU)和降固醇酸(CFA)的吸附和再生效果,发现孔道较大的ND-3树脂在吸附速率和平衡吸附量上有更大的优势。通过孔道内部扩散方程模拟,发现树脂吸附的由内部扩散和外部扩散共同控制。树脂吸附平衡更符合Freundlich模型,表现出不均匀的异相吸附特征；而且,树脂吸附的IBU(或CFA)的分子数多于通过离子交换释放的氯离子数,说明除了离子交换外还可能存在其他作用,如π-π键、阳离子-π键、氢键、疏水性作用等。而孔道越大,吸附单位IBU(或CFA)所释放的氯离子越少,Freundlich模拟相关性系数越高,说明孔道较丰富的树脂能够使物理吸附的贡献度增加,使得反应更趋向于不均匀的表面吸附。另外,孔道更大的树脂有更高的再生效率,这也得益于大孔道的树脂有更小的孔道内部传质阻力。(3)树脂吸附IBU和CFA过程会受到温度、pH、无机阴离子和共存有机物的影响。树脂的平衡吸附量随温度的上升而明显增加,可知树脂吸附为吸热反应,并说明化学吸附占主导。此外,孔道较大的树脂受到温度的影响更小,也说明了孔道大的树脂其吸附过程中存在物理吸附的特征更为明显。树脂吸附IBU最适pH为7,吸附CFA的最适pH为6,过低的pH会使得IBU和CFA分子难以电离而无法进行离子交换,过高pH会使得OH-产生较大的竞争吸附作用。无机阴离子的存在对树脂吸附IBU和CFA产生抑制作用。共存有机物也会对树脂吸附IBU和CFA造成竞争吸附现象：多元酸能够参与交换的官能团更多,产生的竞争作用比一元酸根要大；对于一元羧酸,其疏水性越强竞争作用越大,这是由疏水性吸附所造成；对于一元磺酸,其亲水性越强竞争作用越大,这来自于其更强的解离能力,导致在水中更高的离子浓度。另外,孔道较大的树脂因其传质阻力小和交换容量大的优势,受温度、pH、无机离子和共存有机物的影响更小
【关键词】：药品及个人护理品 磁性丙烯酸系树脂 孔道 离子交换 疏水性吸附
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：X703;O647.3
【目录】：

摘要8-10
Abstract10-13
主要创新点13-14
第一章绪论14-34
1.1 研究背景14
1.2 药品及个人护理品的分类、性质及危害14-16
1.2.1 药品及个人护理品的分类14-15
1.2.2 药品及个人护理品的性质15-16
1.2.3 药品及个人护理品的危害16
1.3 药品及个人护理品的处理16-23
1.3.1 生化法17-18
1.3.2 混凝沉淀法18
1.3.3 氧化法18-19
1.3.4 膜滤法19-20
1.3.5 吸附法20-23
1.4 现有磁性树脂合成工艺23-25
1.5 本文研究目标及内容25-27
1.5.1 研究目标25-26
1.5.2 研究内容26-27
1.6 研究思路27-28
参考文献28-34
第二章系列孔道磁性阴离子交换树脂的制备和表征34-55
2.1 引言34-35
2.2 本章研究内容35
2.3 实验部分35-39
2.3.1 实验药品35-36
2.3.2 磁性树脂合成基本实验方法36
2.3.3 调整不同合成参数实验方法36-37
2.3.4 树脂性质参数测试方法37-39
2.4 结果与讨论39-51
2.4.1 交联度的影响39-40
2.4.2 不同致孔剂的影响40-42
2.4.3 磁性氧化铁用量的影响42-43
2.4.4 不同分散剂的影响43-44
2.4.5 优选树脂孔道表征44-51
2.5 本章总结51-53
参考文献53-55
第三章不同孔道磁性树脂对负电性PPCPs吸附性能的研究55-69
3.1 引言55
3.2 本章研究内容55
3.3 实验部分55-56
3.3.1 实验药品56
3.3.2 实验仪器56
3.4 实验方法56-58
3.4.1 基本实验方法和分析方法56-57
3.4.2 不同孔道树脂对IBU和CFA的吸附动力学57
3.4.3 不同孔道树脂对IBU和CFA的静态吸附平衡57
3.4.4 不同孔道树脂对IBU和CFA的再生性能测试57-58
3.5 实验结果与讨论58-67
3.5.1 吸附动力学58-63
3.5.2 静态吸附平衡63-66
3.5.3 树脂吸附再生效果66-67
3.6 本章总结67-68
参考文献68-69
第四章不同孔道树脂吸附负电性PPCPs的影响因素研究69-83
4.1 引言69
4.2 本章研究内容69
4.3 实验部分69-73
4.3.1 实验药品70-71
4.3.2 实验仪器71
4.3.3 实验方法71-73
4.4 实验结果与讨论73-80
4.4.1 不同温度的影响73-74
4.4.2 pH影响74-75
4.4.3 无机阴离子的影响75-76
4.4.4 不同有机物的影响76-80
4.5 本章总结80-82
参考文献82-83
第五章总结与展望83-85
5.1 总结83-84
5.2 展望84-85
攻读硕士期间的科研成果85-86
致谢86-87

【参考文献】

中国期刊全文数据库前10条

1 刘晓晖;董文平;乔光明;王玉番;王炜亮;;水环境中药品和个人护理品的迁移转化转化、毒性效应及其风险评估[J];科技导报;2015年16期

2 陈卫;陈文;刘成;张姗;朱浩强;;磁性树脂预处理对粉末活性炭吸附水中卡马西平的影响[J];中国环境科学;2014年03期

3 王斌;邓述波;黄俊;余刚;;我国新兴污染物环境风险评价与控制研究进展[J];环境化学;2013年07期

4 陆yN品;倪夏巍;江淼;冯桂荣;杨维本;;丙烯酸酯树脂对泰乐菌素的吸附[J];应用化学;2013年05期

5 温智皓;段艳平;孟祥周;陈玲;;城市污水处理厂及其受纳水体中5种典型PPCPs的赋存特征和生态风险[J];环境科学;2013年03期

6 卫亚红;刘杰;曲东;;布洛芬微生物降解研究进展[J];微生物学报;2011年05期

7 Mary Drikas;;Removal of bentazone from micro-polluted water using MIEX resin:Kinetics,equilibrium,and mechanism[J];Journal of Environmental Sciences;2011年03期

8 孙艳;黄璜;胡洪营;李轶;;污水处理厂出水中雌激素活性物质浓度与生态风险水平[J];环境科学研究;2010年12期

9 熊振湖;王璐;周建国;刘建明;;磁性多壁碳纳米管吸附水中双氯芬酸的热力学与动力学[J];物理化学学报;2010年11期

10 齐会勉;吕亮;乔显亮;;抗生素在土壤中的吸附行为研究进展[J];土壤;2009年05期

中国博士学位论文全文数据库前3条

1 汤迎;城市污水处理厂内药品及个人护理品的赋存特征与去除机理[D];湖南大学;2014年

2 杨程;城市水系}q中PPCPs分布及污水处理优化研究[D];重庆大学;2014年

3 陈翠红;土壤典型PPCPs污染及与重金属Cd的联合毒性及机理[D];南开大学;2010年

中国硕士学位论文全文数据库前4条

1 黄浩平;模拟饮用水消毒中布洛芬的氧化降解行为研究[D];广东工业大学;2014年

2 王梦乔;新型磁性胺基修饰超高交联树脂的合成及其应用研究[D];南京大学;2014年

3 胡金龙;典型PPCPs在污水处理厂中的迁移转化规律研究[D];东华大学;2014年

4 杨林;曝气生物过滤去除微污染水源水中典型PPCPs的效能与机理[D];东华大学;2010年