聚多巴胺微球对水体中抗生素和染料的去除研究

发布时间：2020-05-29 11:44

【摘要】：随着人口的快速增长和城市化进程的加快,工业的快速发展和农业的现代化,水污染问题已经成为了威胁生命健康的首要问题。有机污染物因其种类繁杂、难降解和生物毒性高对水体的污染尤为严重。微米-纳米聚合物材料具有比表面积大、耐酸碱、含有大量活性基团等特点,成为近年来的研究热点。在催化工业、电子工业、生物医学、环境保护等领域都展现出了巨大的潜力。聚多巴胺微球(PDMPs)比表面积大,表面具有大量活性基团,生物毒性较低。本文采用PDMPs作为一种吸附材料,对水体中的两种氟喹诺酮类抗生素诺氟沙星(NOR)、环丙沙星(CIP)和一种阳离子染料孔雀石绿(MG)进行去除研究,并考察其吸附机理:(1)利用多巴胺单体在碱性溶液中的自聚合,采用一种简单的水溶液氧化法制备PDMPs,对其进行SEM、TEM、粒度分布、pH_(PZC)和FTIR等表征,结果表明PDMPs平均粒径约为200 nm,分散性良好,表面含有大量的氨基、酚羟基和亚氨基等活性官能团。(2)利用响应面方法(RSM)对PDMPs吸附NOR和CIP的吸附过程进行优化。采用Box-Behnken Design(BBD)进行了三因素、三水平的实验设计,对应的实验共有17组。结果表明,预测的回归方程可以很好的拟合实验数据。对于NOR:初始浓度为303 mg/L,pH值为6.6,吸附时间为97 min时,最大吸附量为0.964 mmol/g;对于CIP:初始浓度为290 mg/L,pH值为6.9,吸附时间为89 min时,最大吸附量为0.777 mmol/g。(3)用一系列静态试验考察溶液初始浓度、吸附时间、溶液pH值、盐离子浓度和温度等因素对PDMPs吸附NOR、CIP和MG的影响。发现吸附量与吸附时间和浓度呈正相关,盐离子的加入不利于吸附的进行。将得到的动力学和吸附等温数据分别用动力学模型和吸附等温模型进行拟合,并进行误差分析。动力学分析结果表明,准二级动力学模型能较好的描述PDMPs对三种物质的吸附过程,粒子内扩散不是吸附过程的唯一控速步骤。对吸附等温模型的研究表明,Langmuir、Redlich-Peterson和Dubinin-Radushkevich吸附等温模型均能较好的拟合吸附等温数据。在298 K时,Langmuir模型计算出的PDMPs对NOR、CIP和MG的最大单层吸附量分别为0.953、0.855和0.743 mmol/g。Dubinin-Radushkevich方程计算出吸附过程的活化能数值均小于8 kJ/mol,说明吸附过程主要为物理吸附。计算吉布斯自由能、熵变和焓变等热力学数据,结果表明,PDMPs对三种物质的吸附过程均是吸热的,且可以自发进行。(4)结合pH值对吸附量的影响和吸附前后吸附剂的红外分析结果,推测PDMPs对NOR和CIP的吸附机理为:静电作用、氢键和π-π堆叠作用,PDMPs对MG的吸附机理为静电作用和π-π堆叠作用。
【图文】：

抗生素,地下水,绪论,有机肥料

绪论分进入动物体内的抗生素未被吸收，随着尿液和粪便排或作为有机肥料覆盖在农田中。用于畜牧业的一部分抗水渗入地下水。用于水产养殖的抗生素直接进入水环境的淤泥里。地表残留的抗生素进入包气带（地面以下潜经历一系列复杂的物理、化学和生物作用经过吸附、水过程之后，进入地下水[5]。图 1.1 显示了抗生素进入水体迁移。

多巴胺,结构管,聚合方法,反应机制

图 1. 2 多巴胺与 DOPA 的结构管聚多巴胺可以通过一个简单的聚合方法得到，但由于在聚合过复杂的氧化还原反应的发生，产生一系列中间体，科学家们聚多理，反应机制和聚多巴胺的结构众说纷纭[48-50]。直到 2013 年，Li提出了聚多巴胺是由多巴胺单体、5，6-二羟基吲哚和不同饱和度的环之间 C-C 键，，共价连接形成的高分子聚合物。聚多巴胺链之间方式有两种，一是通过聚多巴胺链的平行堆叠，二是在相邻聚多
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X52;TQ424

【参考文献】