多层环糊精-氧化石墨烯骨架薄膜的制备及其去除水中PPCPs的效能与机制研究
发布时间：2020-12-10 10:06
近年来,药品与个人护理品（Pharmaceutical and personal care products,PPCPs）在全球各种水体中被监测出,其对水生态系统和人类健康存在的潜在危害引起人们广泛关注。虽然PPCPs在水环境中的浓度水平较低（ng/L-μg/L）,但这些物质一般都具有持久性、生物累积性和难降解性等特点。而研究表明传统水处理工艺并不能有效的去除水中的此类污染物,这就需要对水处理提出更高的要求以保障水质安全。本研究基于氧化石墨烯（Graphene oxide,GO）和β-环糊精（β-Cyclodextrin,β-CD）的独特性能,将β-CD以骨架结构的形式装配到GO的单层薄膜之间,从而制备出新型多层薄膜吸附剂。研究薄膜吸附剂对水中双氯芬酸钠（Diclofenac,DCF）、西咪替丁（Cimetidine,CTD）和磺胺甲恶唑（Sulfamethoxazole,SMZ）这三种典型PPPCs的去除效能和机制,以期为水中PPCPs的去除提供科学建议和参考。主要结论如下:（1）成功制备了β-环糊精/氧化石墨烯复合物（β-CD/GO）,成功将β-CD负载在GO表面,所制备的吸附剂具...
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
β-CD的结构图[53]
第1章绪论5图1-2GO的结构图[58]Fig.1-2Theconstructionofgrapheneoxide薄膜化技术在水处理应用技术方面展现出了广泛的应用前景。薄膜不仅在水处理中去除效率较好，而且容易从水中剥离，这些特征使其在污染物的去除以及工艺的简单化中有很大的优势[59]。由于GO的原子间存在π-π堆积以及范德华力作用，使得GO的成膜性能良好，制备薄膜状GO是目前利用GO的一个主要方式，但多数都是作为纳米电子元器件的首选材料[60]。研究表明，不管是将GO作为特定官能团负载到膜材料中，还是直接将GO制备成薄膜，都可以实现GO的薄膜化并且有很好的去除效能和分离特性[61,62]。目前制备GO薄膜的主要方法有化学气相沉积法、喷涂沉积法、旋转涂覆法、真空抽滤法、静电自组装法和提拉法等[58]。化学气相沉积（CVD）是一种基底表面上气相生长材料的改性技术，主要是通过挥发物的气体分解或化合反应在基体材料的表面上形成一种固态沉积薄膜[63]。用此法制备GO薄膜通常是在特定的基体金属表面上进行，其做法是用一种碳氢化合物气体作为碳源，将基体金属置于此气体中，通过升温使气体分解从而在金属表面形成GO薄膜[64]。然而此法的主要研究成果集中在制备单层GO薄膜上。崔丹杰等以铜箔为基底，利用HFCVD技术制备出了双层GO薄膜，并通过实验研究了不同制备条件如温度和时间等对GO薄膜层数和质量的影响，从而找到了制备低缺陷双层GO薄膜的工艺，实现了GO薄膜的可控生长[65]。喷涂沉积法同样是在基体上进行，预热基体后通过专用喷枪在上面均匀喷涂溶液，将其烘干后可以得到具有一层致密薄膜的基体。Pham等将GO分散于水合肼溶液中，利用喷涂法制备得到了透光率为87%的GO薄膜[66]。Blake等将GO分散于二甲基甲酰胺溶液中，利用喷涂法制备得到了厚度为1.5nm的GO薄膜[67]。喷?
第2章β-环糊精/氧化石墨烯复合物吸附PPCPs的效能与机制研究15GOCK线系83.4787.05OK线系16.5312.95β-CD/GOCK线系80.8784.92OK线系19.1315.08GO以及β-CD/GO复合物的XRD结果如图2-4所示，纯GO特征峰在2θ为12.3°，而β-CD/GO复合物在2θ为12.0°和22.8°时表现出两个主要峰。根据文献，GO的层间距离计算在0.73nm，大于石墨的0.34nm(2θ=26.5)。这个较宽的层间距离为GO结构引入官能团提供了条件[77]。与纯GO相比，β-CD/GO复合物中在22.8°左右出现了新的峰，且GO峰具有明显的转移，即从12.3°转移到12.0°，这些结果均表明在GO上负载β-CD是成功的且具有化学结构的变化，而不是简单的附着结合[78]。图2-4GO和β-CD/GO复合物的X-射线粉末衍射曲线图Fig.2-4XRDofGOandβ-CD/GOβ-CD、GO以及β-CD/GO复合物的FT-IR结果如图2-5所示，图中3415cm-1的峰是由-O-H的伸缩振动产生的，1380cm-1的峰代表-C-H的弯曲振动。GO的特征峰在1730cm-1、1629cm-1和1095cm-1，这三个峰分别代表着-C=O，-COOH，-C=C的振动。β-CD的特征峰1027cm-1是由反对称糖苷键振动产生的[77]。在β-CD/GO复合物中，均存在1730cm-1、1629cm-1、1095cm-1以及1027cm-1的振动峰，说明复合物中存在-C=O，-COOH，-C=C以及反对称糖苷键，即代表复合物中有GO和β-CD的特征键，进一步说明β-CD在GO上修饰成功。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Review on structural control and modification of graphene oxide-based membranes in water treatment: From separation performance to robust operation[J]. Ning Zhang,Wenxu Qi,Lili Huang,En Jiang,Junjiang Bao,Xiaopeng Zhang,Baigang An,Gaohong He. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2019(06)
[2]热丝化学气相沉积(HFCVD)在铜箔上制备双层石墨烯薄膜的研究[J]. 崔丹杰,黄哲伟,吉喆,陈茜,沈彬. 功能材料. 2019(05)
[3]改性石墨烯光催化薄膜的制备及可见光光催化性能[J]. 郑艳银,顾宝珊,孙世清,刘洋洋,梁东明,杨培燕,张启富. 材料科学与工程学报. 2019(02)
[4]浸渍提拉法制备改性氧化石墨烯光催化薄膜及其性能表征[J]. 顾皓辰,郑艳银,刘洋洋,杨培燕. 电镀与涂饰. 2018(04)
[5]碳材料吸附水中PPCPs的研究进展[J]. 刘桂芳,闫红梅,高远,朱丽楠,徐森. 工业水处理. 2015(10)
[6]A comparative study and evaluation of sulfamethoxazole adsorption onto organo-montmorillonites[J]. Laifu Lu,Manglai Gao,Zheng Gu,Senfeng Yang,Yuening Liu. Journal of Environmental Sciences. 2014(12)
[7]用静电自组装法制备的石墨烯薄膜特性研究[J]. 刘杰,王彬,石瑞英,王婧,刘沛波,吴运熹,翁志超. 光散射学报. 2014(02)
[8]Hummers法合成石墨烯的关键工艺及反应机理[J]. 任小孟,王源升,何特. 材料工程. 2013(01)
[9]β-环糊精包合皮革防霉剂OIT的研究[J]. 邵超群,陈均志. 陕西科技大学学报(自然科学版). 2008(05)
[10]药物和个人护理用品在水环境中的现状与去除研究[J]. 唐玉霖,高乃云,庞维海,李青松. 给水排水. 2008(05)
博士论文
[1]碳纳米管中空纤维膜和石墨烯超薄膜的制备及其在水处理中的分离性能[D]. 魏高亮.大连理工大学 2017
硕士论文
[1]活性焦吸附去除水中PPCPs类典型污染物的效能与机制研究[D]. 杜春晓.中国地质大学(北京) 2019
本文编号：2908513
【文章来源】：北京建筑大学北京市
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
β-CD的结构图[53]
第1章绪论5图1-2GO的结构图[58]Fig.1-2Theconstructionofgrapheneoxide薄膜化技术在水处理应用技术方面展现出了广泛的应用前景。薄膜不仅在水处理中去除效率较好，而且容易从水中剥离，这些特征使其在污染物的去除以及工艺的简单化中有很大的优势[59]。由于GO的原子间存在π-π堆积以及范德华力作用，使得GO的成膜性能良好，制备薄膜状GO是目前利用GO的一个主要方式，但多数都是作为纳米电子元器件的首选材料[60]。研究表明，不管是将GO作为特定官能团负载到膜材料中，还是直接将GO制备成薄膜，都可以实现GO的薄膜化并且有很好的去除效能和分离特性[61,62]。目前制备GO薄膜的主要方法有化学气相沉积法、喷涂沉积法、旋转涂覆法、真空抽滤法、静电自组装法和提拉法等[58]。化学气相沉积（CVD）是一种基底表面上气相生长材料的改性技术，主要是通过挥发物的气体分解或化合反应在基体材料的表面上形成一种固态沉积薄膜[63]。用此法制备GO薄膜通常是在特定的基体金属表面上进行，其做法是用一种碳氢化合物气体作为碳源，将基体金属置于此气体中，通过升温使气体分解从而在金属表面形成GO薄膜[64]。然而此法的主要研究成果集中在制备单层GO薄膜上。崔丹杰等以铜箔为基底，利用HFCVD技术制备出了双层GO薄膜，并通过实验研究了不同制备条件如温度和时间等对GO薄膜层数和质量的影响，从而找到了制备低缺陷双层GO薄膜的工艺，实现了GO薄膜的可控生长[65]。喷涂沉积法同样是在基体上进行，预热基体后通过专用喷枪在上面均匀喷涂溶液，将其烘干后可以得到具有一层致密薄膜的基体。Pham等将GO分散于水合肼溶液中，利用喷涂法制备得到了透光率为87%的GO薄膜[66]。Blake等将GO分散于二甲基甲酰胺溶液中，利用喷涂法制备得到了厚度为1.5nm的GO薄膜[67]。喷?
第2章β-环糊精/氧化石墨烯复合物吸附PPCPs的效能与机制研究15GOCK线系83.4787.05OK线系16.5312.95β-CD/GOCK线系80.8784.92OK线系19.1315.08GO以及β-CD/GO复合物的XRD结果如图2-4所示，纯GO特征峰在2θ为12.3°，而β-CD/GO复合物在2θ为12.0°和22.8°时表现出两个主要峰。根据文献，GO的层间距离计算在0.73nm，大于石墨的0.34nm(2θ=26.5)。这个较宽的层间距离为GO结构引入官能团提供了条件[77]。与纯GO相比，β-CD/GO复合物中在22.8°左右出现了新的峰，且GO峰具有明显的转移，即从12.3°转移到12.0°，这些结果均表明在GO上负载β-CD是成功的且具有化学结构的变化，而不是简单的附着结合[78]。图2-4GO和β-CD/GO复合物的X-射线粉末衍射曲线图Fig.2-4XRDofGOandβ-CD/GOβ-CD、GO以及β-CD/GO复合物的FT-IR结果如图2-5所示，图中3415cm-1的峰是由-O-H的伸缩振动产生的，1380cm-1的峰代表-C-H的弯曲振动。GO的特征峰在1730cm-1、1629cm-1和1095cm-1，这三个峰分别代表着-C=O，-COOH，-C=C的振动。β-CD的特征峰1027cm-1是由反对称糖苷键振动产生的[77]。在β-CD/GO复合物中，均存在1730cm-1、1629cm-1、1095cm-1以及1027cm-1的振动峰，说明复合物中存在-C=O，-COOH，-C=C以及反对称糖苷键，即代表复合物中有GO和β-CD的特征键，进一步说明β-CD在GO上修饰成功。
【参考文献】：
期刊论文
[1]Review on structural control and modification of graphene oxide-based membranes in water treatment: From separation performance to robust operation[J]. Ning Zhang,Wenxu Qi,Lili Huang,En Jiang,Junjiang Bao,Xiaopeng Zhang,Baigang An,Gaohong He. Chinese Journal of Chemical Engineering. 2019(06)
[2]热丝化学气相沉积(HFCVD)在铜箔上制备双层石墨烯薄膜的研究[J]. 崔丹杰,黄哲伟,吉喆,陈茜,沈彬. 功能材料. 2019(05)
[3]改性石墨烯光催化薄膜的制备及可见光光催化性能[J]. 郑艳银,顾宝珊,孙世清,刘洋洋,梁东明,杨培燕,张启富. 材料科学与工程学报. 2019(02)
[4]浸渍提拉法制备改性氧化石墨烯光催化薄膜及其性能表征[J]. 顾皓辰,郑艳银,刘洋洋,杨培燕. 电镀与涂饰. 2018(04)
[5]碳材料吸附水中PPCPs的研究进展[J]. 刘桂芳,闫红梅,高远,朱丽楠,徐森. 工业水处理. 2015(10)
[6]A comparative study and evaluation of sulfamethoxazole adsorption onto organo-montmorillonites[J]. Laifu Lu,Manglai Gao,Zheng Gu,Senfeng Yang,Yuening Liu. Journal of Environmental Sciences. 2014(12)
[7]用静电自组装法制备的石墨烯薄膜特性研究[J]. 刘杰,王彬,石瑞英,王婧,刘沛波,吴运熹,翁志超. 光散射学报. 2014(02)
[8]Hummers法合成石墨烯的关键工艺及反应机理[J]. 任小孟,王源升,何特. 材料工程. 2013(01)
[9]β-环糊精包合皮革防霉剂OIT的研究[J]. 邵超群,陈均志. 陕西科技大学学报(自然科学版). 2008(05)
[10]药物和个人护理用品在水环境中的现状与去除研究[J]. 唐玉霖,高乃云,庞维海,李青松. 给水排水. 2008(05)
博士论文
[1]碳纳米管中空纤维膜和石墨烯超薄膜的制备及其在水处理中的分离性能[D]. 魏高亮.大连理工大学 2017
硕士论文
[1]活性焦吸附去除水中PPCPs类典型污染物的效能与机制研究[D]. 杜春晓.中国地质大学(北京) 2019
本文编号：2908513
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