反相悬浮聚合法制备微米级阴离子印迹微球及其对离子识别特性的研究

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随着我国经济快速的发展,水污染问题已经成为制约我国经济快速发展,影响人们生活的严重问题。不仅影响人们的身体健康,同时严重破坏自然环境,造成生态平衡失调。化工﹑纺织、冶金、农药、电镀、炼焦等工业领域的废水排放是造成水污染的主要源头,而城镇生活污水中的含磷物及含氮物则会造成严重的水体富营养化,引起藻类和浮游生物快速繁殖,水体溶氧量下降,水质恶化,造成水生需氧类生物的大量死亡,人类长期饮用也会带来诸多不利影响。因此,迫切需要开发出新技术和新材料,以去除水体中的各种污染物,保护水环境,维护人体健康,促进经济的可持续发展。本研究采用了反相悬浮聚合法制备了两种微米级阴离子印迹微球,这些微球可高效的去除水中的阴离子污染物种,这是一条将分子(离子)印迹技术应用于环境治理的新途径,本文的研究结果在水环境的治理与保护方面具有明显的科学意义与潜在的应用前景。首先以环已烷为分散介质、Span-60为分散剂组成连续相,采用反相悬浮聚合法,通过阳离子单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)的与N,N,-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)的交联聚合(CP),制备了粒径为200~300mm的新型凝胶微球CPDAC,考察了反相悬浮体系中主要条件对凝胶微球成球性能及粒径的影响,并对凝胶微球进行了表征,研究了CPDAC对4种阴离子物质的吸附特性。结果表明,制备CPDAC需严格控制成球条件。分散相水相需采用滴加方式,适宜的分散剂为Span-60,随其用量增加微球粒径变小;油水相体积比小于2:1不能成球,随体积比增大,微球粒径减小;搅拌速率小于250r/min不能成球,微球粒径随搅拌速率加快而变小。CPDAC凭借强离子交换作用及静电相互作用对SCN-,NO3-,HPO42-及SO42-四种阴离子物质都有很强的吸附作用,吸附容量分别为167,172,127.2和144mg/g,吸附容量随温度升高而降低。该部分的研究结果表明了采用采用悬浮聚合法制备阳离子单体交联聚合微球的可行性,为制备阴离子印迹微球奠定了理论基础。接着采用反相悬浮聚合法,连续相仍为溶解有分散剂Span-60的环己烷,以溶有模板阴离子SCN-、阳离子单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵(DAC)及交联剂N,N’-亚甲基双丙烯酰胺(MBA)的水溶液为分散相,构成反相悬浮聚合体系,在水相液滴中使DAC与模板离子相结合且发生交联聚合,从而制备了粒径约为200μm的微米级硫氰酸根阴离子印迹微球(IIPMs)。以同为一价的阴离子NO3-和I-为对比离子,深入考察研究了该离子印迹微球的离子识别与结合特性。研究结果表明,凭借强静电相互作用,在水相液滴中,阳离子单体DAC与模板阴离子SCN-紧密相结合,故在DAC与MBA交联聚合的同时,实现了阴离子SCN-的印迹。洗脱模板离子后即获得硫氰酸根阴离子印迹微球。采用红外光谱(FTIR)及扫描扫描电子显微镜(SEM)表征了印迹微球的化学结构和表面形貌及粒径大小。实验结果表明,该种阴离子印迹微球(指定为第一种阴离子印迹微球IIPMs(1))对模板阴离子SCN-具有很高的结合能力(结合容量为3.3mmol/g,192mg/g)和特异的识别选择性。该印迹微球可选择性地识别与结合离子混合溶液中的SCN-离子,相对于NO3-和I-阴离子,IIPMs(1)对SCN-阴离子的选择性系数分别为3.24和6.78。实验测得该印迹微球还具有优良的重复使用性能。印迹微球材料使用达到第六次时,饱和吸附量还能达到首次使用时的饱和吸附量的94%。最后,还是采用以上方法,以磷酸氢根离子为模板离子,制得了磷酸氢根离子印迹微球,洗脱模板离子即得所需磷酸氢根印迹微球。采用FTIR及SEM等手段表征了该印迹微球的化学结构和表面形貌及粒径大小。以阴离子的MnO4-和为对比离子,考察研究了该离子印迹微球的离子识别与结合特性。实验结果表明,该种阴离子印迹微球(指定为第一种阴离子印迹微球IIPMs(2))对模板阴离子HPO42-具有很高的结合能力(结合容量为1.51mmol/g,145mg/g)和特异的识别选择性。该印迹微球可选择性地识别与结合离子混合溶液中HPO42-离子,相对于MnO4-和SO42-阴离子,IIPMs(2)对HPO42-阴离子的选择性系数分别为2.14和2.71。实验测得该印迹微球还具有优良的重复使用性能
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