基于相转化技术醋酸纤维素分子印迹膜的制备及选择性分离水杨酸的性能研究

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水杨酸(Salicylic Acid,SA)因其具备杀菌抗炎作用,被广泛地应用于医药、化妆品和染料等精细工业领域中。而且SA是一种非常重要的有机合成原料,每年生产和使用大量SA,致使产生大量的含SA的生产、医药和生活污水,但由于污水处理设备是有一定负荷的,难以完全去除SA,则有大量SA进入了水体环境中。人体如果长期接触SA会出现皮肤灼伤、眼损害、头晕、抽搐以及呼吸道、消化道中粘膜受刺激内出血等问题,因此对环境水体中的SA进行有效地分离十分必要,需寻求出一种在废水中分离SA的方法。分子印迹膜(Molecular Imprinted Membrane,MIM)是利用分子印迹技术结合膜技术发展起来的新型膜材料,可用于水处理技术中,其对不同分析物进行特定识别分离,具有连续性、选择性、稳定性和节能性等特点,其应用前景非常可观。相转化技术以其常温下操作、高效率、可扩展性和可控性等优点在制备耐溶剂的MIM方面成为具有广阔前景的有效方法。本研究选取SA为模板分子,采用相转化技术制备一系列分子印迹膜,深入研究其对SA的选择性识别和分离行为。具体工作如下:  首先,本实验以醋酸纤维素(CA)粉末为膜基质材料,SA为模板分子,聚乙烯亚胺(PEI)为功能聚合物,异氰酸酯为交联剂,二甲基亚砜(DMSO)为溶剂,采用相转化技术制备了CA分子印迹膜(CA-MIM),然后在其表面修饰上亲水性纳米二氧化钛颗粒(TiO2),获得修饰后的CA分子印迹膜(CA/TiO2-MIM)。扫描电镜结果表明CA/TiO2-MIM制备成功,修饰的TiO2的量对膜的吸附量有一定的影响。准二级动力学方程和Langmuir等温模型分别能更好地与CA/TiO2-MIM吸附SA的动力学和等温吸附实验数据相拟合。此外,相比于SA的结构类似物对羟基苯甲酸(p-HB)和水杨酸甲酯(MS),该CA/TiO2-MIM对SA具有强的印迹识别选择能力,且此膜的膜通量也呈现出较高的数值。  其次,通过相转化技术成功制备醋酸纤维素分子印迹膜(CA/SPS+[BMIM]Cl-MIM),其中CA作为膜基质,磺化聚砜(SPS)作为功能聚合物,SA作为模板分子和离子液体氯化1-正丁基-3-甲基咪唑([BMIM]Cl)作为添加剂。研究了添加剂[BMIM]Cl对膜性吸附SA的性能影响。采取扫描电镜和拉曼光谱对制备的CA/SPS+[BMIM]Cl-MIM进行了表CA/SPS+[BMIM]Cl-MIM对SA的动力学吸附数据符合准二级动力学方程。Langmuir等温模型能较好的拟合膜等温试验数据。此外,CA/SPS+[BMIM]Cl-MIM对SA的分离因子(a)相对于p-HB达到5.8549,且对SA的渗透行为符合延迟渗透机理。  最后,本实验以CA作为膜基质,SA作为模板分子,壳聚糖(CHI)作为功能聚合物和壳聚糖改性后的碳纳米管(CHI-wrapped MWCNTs)作为添加剂,采用相转化技术制备了醋酸纤维素分子印迹膜(M-MIM)。通过红外、拉曼、热重和扫描电镜表征,结果表明含有2.0wt.%CHI-wrapped MWCNTs的M-MIM为最佳膜,拥有更规律的膜孔道构型以及更好的热稳定性。准二级动力学方程和Langmuir等温模型能更好的拟合实验中动力学和等温吸附数据。此外,在竞争实验中选择与SA结构类似物p-HB和乙酰水杨酸(ASA)作为竞争物,结果表明该印迹膜对SA具有更强的选择识别性和吸附能力,渗透分离过程中SA的分离机理符合延迟渗透机理。
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