多环高分子聚合物制备及吸附水中溴代阻燃剂效能研究

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阻燃剂的使用便捷了人类的生产生活,但也产生了威胁人类生存发展的新型持久性有机污染物质-溴代阻燃剂(BFRs)。污水厂处理废水的工艺流程中并不能使BFRs得到有效的去除。未被净化的BFRs随处理后水体进入到自然水体中,对自然环境和人类身体健康产生一定的风险。操作简便、无二次污染的处理工艺为大众选择的趋势,吸附法由此脱颖而出。高分子吸附剂也凭借性质稳定、具有靶向性等优点崭露头角。本文针对添加型BFRs和反应型BFRs的结构特征,分别设计合成了一种具有较大吸附容量的多环高分子聚合吸附材料,并进行吸附和再生实验验证,为BFRs污染废水的深度净化提供了新材料支撑。通过亲电取代再聚合的方法合成的偶氮多环高分子聚合物(AzO-POP)的比表面积高达1478 m2·g-1,对添加型BFRs-五溴甲苯(PBT,1 mg·L-1)的吸附平衡时间为10 min,饱和吸附量可达10.71 mg·mg-1;吸附过程符合准二级动力学。吸附容量大的主要原因是材料功能骨架与PBT之间存在的π-π键的相互作用、疏水相互作用及孔填充效应等多种吸附机理。颗粒内扩散模型拟合结果表明,外扩散和内扩散共同控制吸附过程。热力学结果表明,吸附过程是基于多层吸附,并伴随单分子层吸附的非均匀吸附过程,属自发放热反应。无机阳离子强度的改变对吸附影响相对显著,水中共存五溴联苯醚(BDE-99)对PBT存在竞争吸附。动态吸附表明吸附过程更为符合Thomas经典模型,说明在动态吸附过程中,内部扩散和外部扩散均为非限速步骤。AzO-POP溶剂再生法中的最佳再生剂为正己烷。AzO-POP处理添加型BFRs的吨水原料成本约为0.43元。为了降低水处理成本,高效去除带有活性反应基团的反应型阻燃剂,选择带有大量羟基的天然材料-β-环糊精为原料,制备了吨水处理原料成本为0.028元的环糊精多环高分子聚合吸附材料(β-CD-POP)。其对反应型阻燃剂-三溴苯酚(TBP)的吸附性能研究结果表明,TBP在β-CD-POP上的吸附过程由准二级动力学模型和Langmuir模型来支配的,属于自发性化学吸附反应。吸附过程受外扩散和内扩散控制。吸附平衡时间为30 min,最大吸附量为215.61 mg·g-1。吸附过程受外扩散和内扩散控制。由π-π相互作用、氢键及孔隙填充作用驱动β-CD-POP吸附TBP。饱和吸附容量由于TBP与无机金属离子产生络合作用而受到Na+、Ca2+、Mg2+等无机金属离子浓度的影响,BDE-99的共存存在竞争吸附。Thomas和Yoon-Nelson模型比Yan模型更加符合其动态吸附过程。β-CD-POP的再生剂为乙醇。
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