新型超交联聚合物的合成及其对四环素的去除研究

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目前,抗生素污染正在以快速增长的趋势威胁着人们的健康,大量的抗生素以代谢物或原药形式排放到环境中,造成大面积的抗生素污染。本文主要通过Friedel-Craft反应外加交联剂法制备系列超交联聚合物(HCPs)材料,对水中代表抗生素——四环素进行吸附去除实验。因HCPs具备独特的多孔形态,稳定的化学结构和较大的比表面积,可被用作去除抗生素的极佳吸附材料。我们通过对合成HCPs的构筑单体选择,外交联剂筛选,合成路径优化,将一些经济单体合成一系列HCPs,旨在制备出能高效快速去除抗生素类污染物的吸附材料,取得的研究成果如下:首先,本文选用咔唑作为聚合物单体来源,以1,4-对二氯苄作为外交联剂进行Friedel-Craft反应制备得HCP-CD10,用于去除水溶液中四环素(TC)。通过SEM、FTIR、BET、Zeta电位对HCP-CD10结构进行分析,发现HCP-CD10表面存在着大量的孔状结构,比表面积达1013.50 m~2/g,平均孔径为3.29 nm。对TC吸附实验发现,当溶液呈弱酸性时,促进HCP-CD10对TC的吸附,吸附过程满足伪二阶动力学模型和Freundlich吸附模型,表明对TC的吸附过程是一个不规则的多层表面吸附,经过五次循环实验后HCP-CD10的吸附性能依然保持稳定。其次,通过筛选外加交联剂,将咔唑置于“更长”的外交交联剂——联苯二氯苄(BCMBP)下交联得到产品HCP-CD20,目的在于构建具有可调控孔隙率的吸附剂。通过现代仪器对HCP-CD20进行结构分析,批量吸附实验探究了pH、吸附剂用量、TC初始浓度和温度等对吸附性能的影响。结果表明,随着交联剂长度增加,HCP-CD20对TC的吸附性能提高了87%,吸附动力学适配于伪二级模型,不同温度下的吸附等温线模型揭示Freundlich等温线更适合该吸附过程。共存离子、腐殖酸模拟废水实验表明两者均对HCP-CD20去除TC较小抑制作用,五次循环利用后HCP-CD20去除率可以保持在95%以上。上述两节证明增加交联剂长度能有效提高吸附效果,本节改变了构筑单元,引入含氮丰富的单体——2-氨基苯并咪唑,在BCMBP交联下,合成一种新的聚合物HCP-AB20,发现其生成了一种呈现度更加密集、大小基本一致的球形堆积结构。在p H=5.66时吸附量达到213 mg/g,实验获得了TC在HCP-AB20上的吸附动力学模型和等温线。实验表明,即使改变单体类型,HCPs材料对TC的吸附依然符合伪二阶动力学模型和Freundlich等温吸附模型,是一个多层的非均相、自发吸热过程,具备迅速的动力学与高效的吸附能力。
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