【摘 要】
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水中芳香类有机化合物因其高毒性且难降解等特性对人类的生活产生威胁,因此受到研究人员的持续关注。环境水体中污染物成分复杂,通常是多种污染物质共存,研究各有机污染物在高分子吸附剂上的竞争吸附行为和机理可为该类废水实际应用处理提供重要的理论基础。本文通过吸附相转化方法重新定义Polanyi吸附势能方程,基于此改进典型的Dubinin-Ashtakhov(D-A)吸附模型,并将其应用于多溶质吸附体系,量化
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水中芳香类有机化合物因其高毒性且难降解等特性对人类的生活产生威胁,因此受到研究人员的持续关注。环境水体中污染物成分复杂,通常是多种污染物质共存,研究各有机污染物在高分子吸附剂上的竞争吸附行为和机理可为该类废水实际应用处理提供重要的理论基础。本文通过吸附相转化方法重新定义Polanyi吸附势能方程,基于此改进典型的Dubinin-Ashtakhov(D-A)吸附模型,并将其应用于多溶质吸附体系,量化分析竞争时各有机物与吸附剂之间的作用力。原始的D-A模型中以?0基础定义的参数E0表示特征能量,但以E0值量化比较吸附质与吸附剂之间的作用力并不准确,而改进的D-A模型中参数Ea和EH值分别表示吸附质与吸附剂之间全部的作用力能量贡献和吸附质与吸附剂之间特殊作用力的能量贡献。本研究选取MN200(聚苯乙烯-二乙烯基苯骨架)和XAD-7(聚甲基丙烯酸酯骨架)作为研究对象,进行系列单组分吸附实验及多组分吸附实验,研究内容及结果以如下:首先在单一静态吸附实验中得到常温下(25℃)下几种典型酚类及胺类有机物的吸附等温线,通过吸附相转化将原始的吸附等温线分别转化为气相及正十六烷相(HD相)下的吸附等温线,并采用D-A模型进行拟合。结果发现硝基取代基会增强酚类及胺类有机物在MN200上的吸附,在转化的气相吸附等温线中,对位含有硝基基团的酚类和胺类化合物表现出最大的平衡吸附量,对硝基苯酚具有最大的Ea和EH拟合值,较大的Ea和EH值通常对应有较大的平衡吸附量。对比对硝基苯酚、对氯苯酚和对甲基苯酚的拟合Ea和EH值发现,对于Ea和EH的取代效应顺序为:硝基>氯基>甲基。此外,间硝基苯酚的平衡吸附量小于对硝基苯酚的平衡吸附量,这是由于对硝基能产生额外的共振效应从而增强对硝基苯酚的电子吸引能力并增强其吸附能力。苯胺及硝基苯具有较大的最大拟合吸附量,这是因为常温态下苯胺及硝基苯为液体状态,而溶质被吸附到树脂微孔时会形成纯溶质态,因此液体态的苯胺及硝基苯更易被吸附到树脂微孔内。MN200树脂上所有吸附质的平衡吸附量均大于XAD-7,主要归因于它们比表面积的差异(MN200:1021 m2/g;XAD-7:495 m2/g),并且MN200具有丰富的微孔结构。拟合结果表明,MN200的Ea和EH值要分别大于XAD-7的Ea和EH,表明MN200对于酚类胺类有机物的作用力要强于XAD-7的作用力。在多组分竞争吸附实验中,通过对比原始的D-A模型和改进后的D-A模型拟合各自吸附等温线的能量参数,并结合各吸附质的结构性质进行对应。研究发现:MN200树脂上苯酚与四种物质(苯胺、对硝基苯酚、对氯苯酚和对硝基苯胺)的等摩尔浓度竞争吸附中,酚类有机物对于苯酚的竞争强于胺类有机物,这是由于胺类有机物可以通过氢键作用与苯酚形成多层吸附,从而削减对有效吸附点位的竞争表现。含硝基取代的酚类和胺类有机物往往具有较大的Ea和EH值以及较大的吸附量,这是由于硝基改变了有机物分子的极性与酸性,从而增强了吸附。通过对比拟合的Ea和EH值,可以定量分析双溶质体系中非特殊性相互作用的大小。结果表明,竞争体系中溶质的非特殊性相互作用与单一溶质吸附体系变化不大;而不同溶质表现出不同的竞争能力,具有较强特殊性相互作用力的溶质在双溶质体系中表现出更强的竞争性,表明吸附剂与吸附质之间的特殊作用力是影响竞争吸附行为的主要因素,这一结果与三元溶质体系的结果一致。同样XAD-7上硝基取代的有机物表现出较大的平衡吸附量。MN200树脂上有机物拟合E0和b值分别大于XAD-7上的E0和b。
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