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水杨酸(salicylicacid,SA)作为重要的化工生产原料被广泛应用,拥有巨大的市场需求,在人类生产及生活过程中产生大量的SA废水,传统处理方法面临着成本高、效率低、选择性低等问题和缺点。分子印迹技术(MolecularImprintingTechnology,MIT)作为一种具有高选择性、高性能的新兴技术,被广泛应用于分离萃取、模拟催化等领域。研究制备选择性分离水杨酸废水中对羟基苯甲酸甲酯(methylparaben,MP)、SA的新型材料,最终为处理水杨酸废水中污染物方面的应用提供一定的理论依据。主要研究内容及结论如下:
利用溶胶-凝胶法及表面印迹法,分别在二氧化硅、硅灰石基质材料表面制备对羟基苯甲酸甲酯印迹聚合物(MIPMp)、水杨酸分子印迹聚合物(WMIP),研究印迹材料对水杨酸废水中MP、SA的吸附选择性。分析制备材料的结构特征,通过吸附动力学、吸附等温线、选择性吸附等试验研究材料的吸附特性,利用固定床填充柱研究材料对SA的动态吸附性能。
(1)MP在不同浓度3-氨丙基三乙氧基硅烷(APTES)的甲醇相互作用下的紫外吸收光谱图,确定MP与APTES最佳配比为1:4,借助红外光谱(FT-IR),扫描电镜(SEM),粒度尺寸,比表面积,热重分析(TG)等手段表征,得知APTES已经成功嫁接到材料表面,制得的MIPMp具有较好的热稳定性。准二级吸附动力学模型能准确的描述MIPMp吸附过程。吸附等温线更符合Langmuir。MIPMp和NIP相比,具有良好的分子识别性能。
(2)因素实验证明被有效吸附的水杨酸是分子形式,分子间是氢键结合。随着盐浓度的增加,吸附能力明显下降,间接说明吸附剂与水杨酸分子间最主要是氢键作用。准二级吸附动力学方程准确地描述SA的吸附过程。WMIP和WNIP相比,具有较高的异质性度,WMIP对SA是优惠吸附,WMIP具有较好的分子识别能力。再生性试验5次循环后达到初始吸附量的95.25%,WMIP表现出较好的再生能力。
(3)WMIP固定床在不同因素下吸附实验结果表明,随着床层高度的增加,吸附容量增加;初始SA浓度的升高,达到吸附饱和的速度变快,穿透时间缩短,吸附容量增加;流速的增大,吸附容量降低;运行温度的升高,吸附容量降低。实验结果与Thomas模型预测的穿透曲线相一致。动态脱附研究表明,洗脱体积的增加,SA浓度增大,达到最大值后下降,脱附率达到93.22%以上,WMIP具有较好的洗脱能力。竞争动态吸附试验结果显示,SA的饱和吸附量为4.527mg·g-1,p-HB的饱和吸附量为0.7924mg·g-1,WMIP对SA表现出良好的识别选择性。