双酚S分子印迹改性MIL100(Fe)的制备及去除性能研究

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双酚S(BPS)作为双酚A的替代品,被广泛地用于工业生产和社会生活,由于难以自然降解,在环境基质中逐渐累积,对人类健康造成潜在威胁。传统的催化氧化、生物降解以及吸附等方法不能有效、快速、安全地将其从水环境中去除,开发一种高效、安全的双酚S去除技术对人类健康和环境保护具有重要的理论与应用价值。近年来,金属有机骨架(MOFs)以其巨大的比表面积、可调节修饰的孔径结构以及良好的稳定性,在吸附技术研究中得到了日益增长的关注,而分子印迹技术以其在复杂水环境中准确、专一地识别目标污染物为吸附去除水环境痕量污染物的发展拓宽了边界。本研究以水体复合污染中的BPS为去除对象,对具有较大比表面积的MOFs材料MIL100(Fe)进行分子印迹改性,通过优化制备工艺,达到提高BPS去除效果的目的。通过热聚合法制得改性材料BPS-MIP@MIL,采用SEM、XRD以及FTIR等手段进行了表征,确定其微观形貌和物相组成,考察了MIL100(Fe)配比量对其吸附去除BPS的影响;之后探究了吸附剂投加量、污染物初始浓度、接触时间、溶液p H以及环境温度对BPS-MIP@MIL去除BPS的影响变化规律,并对比考察了BPS-NIP@MIL和MIL100(Fe)的去除效率,在此基础上通过响应面优化分析得到了去除BPS的最佳吸附剂投加量、接触时间以及溶液p H条件;在吸附剂投加量0.875 mg/m L、初始浓度为10 mg/L、溶液p H=6、25℃反应10 min条件下,BPS-MIP@MIL对BPS的最大吸附量和最大去除率分别为10.35 mg/g和90.60%。响应面模型达显著水平,预测值与实际值较为接近。通过竞争吸附实验和循环利用性实验对选择吸附性和循环利用性能进行了考察,BPS-MIP@MIL对BPS表现出明显的选择吸附效果,其吸附量约为BPS-NIP@MIL和MIL100(Fe)条件下的2倍,且重复利用效果好。为加深BPS-MIP@MIL对BPS去除机理和效率的认证,对吸附动力学、吸附等温线以及吸附热力学进行模型拟合,并结合实验数据与表征结果,从结构效应和键能效应两方面探究了BPS-MIP@MIL对BPS的吸附机理。吸附过程更符合准二级动力学和Freundlich模型,自发放热。印迹空腔的结构匹配与氢键作用为BPS-MIP@MIL选择性吸附BPS起到主要作用,少部分未形成印迹位点的多孔结构为吸附起到次要作用。
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