分子印迹技术在提高催化选择性方面的应用研究

来源 :大连理工大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:lipeng632
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有机污染物的去除是环境修复领域一项比较棘手的问题。近年来,高级氧化技术由于可以有效的处理有机污染废水,因此得到了广泛的研究。相比于以羟基自由基(·OH)为基础,以硫酸根自由基(SO4·-)为基础的高级氧化技术在处理有机污染物过程中表现出更加优异的性能。例如,p H适应范围广、氧化能力强和稳定性高等。四氧化三铁磁性纳米颗粒(Fe3O4 MNPs)不仅催化活性高,而且本身具有磁性,环保无毒,被广泛应用于活化过硫酸盐。但是常规的过硫酸盐高级氧化体系对于目标污染物的降解去除不具备选择性,对于环境中高毒性、低浓度、难以吸附在催化剂表面的污染物处理效果不理想。分子印迹技术是一种制备对模板分子有特异选择性的聚合物的技术,制备的聚合物适应范围广,稳定性高,使用寿命长。故本研究将高级氧化技术和分子印迹技术相结合,以达到对目标污染物选择性快速去除的目的。首先,本研究对高级氧化体系中的催化剂和氧化剂进行筛选并对降解p H适应范围以及降解机理进行评价,为后续的研究奠定基础。选择磺胺二甲基嘧啶(SMT)为模式污染物,在其他条件一致的前提下,共沉淀法合成的Fe3O4 MNPs催化活性更强,以过硫酸钠为氧化剂的去除作用效果最好。实验发现保存在悬浊液状态的Fe3O4 MNPs催化活性更高。本研究合成的Fe3O4 MNPs可以在较宽的p H值范围发挥作用。自由基猝灭实验证明SO4·-和·OH共同参与了降解过程。其次,本研究第二部分主要是将高级氧化技术和分子印迹技术相结合,以吡咯为单体,以亚甲基蓝(MB)为模板分子,通过在Fe3O4 MNPs表面采用原位聚合法修饰分子印迹层,以达到对MB选择性快速去除的目的。在p H值为5,过硫酸钠浓度为7.2 m M,印迹复合材料浓度为4.8 m M的条件下60分钟内即可完成MB(20 mg/L)的完全去除。吸附动力学数据表明材料符合伪二级动力学吸附模型,吸附等温线数据符合Langmiur吸附模型。当存在甲基橙(MO)和罗丹明B(Rh B)等干扰物时,印迹复合材料对MB依然呈现出最佳去除效果。此外,印迹复合材料经过五次重复使用后,在60分钟内其对MB的去除率仍可维持在80%以上,且降解过程中亚铁离子浸出量(0.25 mg/L)小于《生活饮用水卫生标准GB5749-2006》(0.30 mg/L)。通过自由基淬灭实验发现,SO4·-和·OH共同参与了目标物的降解过程。由于分子印迹技术的普适性,本研究可进一步推广至其它需要特异性去除的污染物研究中。最后,在第二部分研究内容的基础上,在印迹复合材料制备过程中添加十二烷基苯磺酸钠(SDBS),去除效率提高了十倍以上。降解和吸附过程的同步和异步对比实验表明,MB可以快速地到达材料表面达到吸附平衡。吸附动力学数据表明添加SDBS制备的材料同样符合Langmiur吸附模型,并且吸附量是为未添加SDBS的材料的2.5-5.4倍,吸附性能得到明显提升。最后通过自由基猝灭实验发现,对于目标物的去除贡献度从大到小依次为材料的强吸附作用>Na2S2O8的氧化作用>SO4·-的氧化作用>·OH的氧化作用。最后将材料成功应用于石英晶体微天平,实现了对MB快速选择性吸附和识别。
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