分子印跡材料去除水中諾氟沙星污染物的研究.pdf

1、諾氟沙星是一種普遍存在于自然環(huán)境中的典型藥物與個(gè)人護(hù)理用品(Pharmaceuticaland Personal Care Products，PPCPs)。雖然諾氟沙星在環(huán)境中濃度較低，但總量相當(dāng)可觀，且由于其化學(xué)結(jié)構(gòu)具有特定的生物學(xué)效應(yīng)，因此對(duì)非目標(biāo)生物體有潛在的、累積性的不良影響。常規(guī)水處理工藝易受到水體中天然有機(jī)物的干擾，對(duì)諾氟沙星的去除效果一般且不穩(wěn)定。本文采用表面分子印跡技術(shù)，通過液相沉積法制備獲得了具有較好吸附性能及光催化性

2、能的諾氟沙星分子印跡材料(MIPs)，考察了該材料對(duì)諾氟沙星的吸附去除效果及再生回用性能，以期為環(huán)境中諾氟沙星的去除提供新的解決思路和方案。
　　本研究采用正交實(shí)驗(yàn)法，對(duì)印跡材料制備條件進(jìn)行了優(yōu)化，制備了諾氟沙星分子印跡材料，對(duì)材料的物化特性進(jìn)行了表征。通過研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過分子印跡處理后的MIPs比P25具有更大的表面積、平均粒徑、孔體積，但材料晶型保持不變，這使得MIPs不但具有較好的吸附性能，同時(shí)具有一定的光催化性能。在此基礎(chǔ)上

3、，我們研究了該材料最佳投加量，比較了分子印跡材料MIPs、非印跡材料NIPs與納米二氧化鈦顆粒P25的吸附動(dòng)力學(xué)、吸附等溫線、吸附熱力學(xué)，三種材料在不同腐殖酸濃度、pH值及共存陰陽(yáng)離子下對(duì)諾氟沙星的吸附去除情況。同時(shí)，還研究了這三種材料在于擾物質(zhì)存在的多元體系中的選擇性吸附情況。研究發(fā)現(xiàn)，MIPs、NIPs及P25吸附諾氟沙星的反應(yīng)符合擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)及Langmuir等溫線模型。其中，MIPs對(duì)諾氟沙星的吸附速率常數(shù)、最大吸附容量、朗格繆

4、爾常數(shù)分別為0.49 g·mg-1·min-1，2.99 mg·g-1and2.4 L·mg-1。同時(shí)，該吸附反應(yīng)均為吸熱、自發(fā)、可行的反應(yīng)。一定濃度腐殖酸的存在對(duì)MIPs吸附去除諾氟沙星有促進(jìn)作用，對(duì)NIPs及P25則有不利影響。pH值對(duì)MIPs、NIPs及P25吸附去除諾氟沙星有明顯影響。在中性環(huán)境下吸附效果最好，在酸堿性條件下吸附效果下降明顯。常見陰陽(yáng)離子對(duì)MIPs、NIPs及P25吸附去除諾氟沙星有一定影響。其中正二價(jià)、正三價(jià)陽(yáng)

5、離子對(duì)吸附有明顯不利影響。陰離子對(duì)MIPs吸附諾氟沙星總體影響不大。MIPs對(duì)目標(biāo)物質(zhì)諾氟沙星及與其結(jié)構(gòu)、分子式、官能團(tuán)、分子量、極性相似的物質(zhì)吸附效果較好，而對(duì)與其性質(zhì)相差較大的物質(zhì)吸附效果不佳。分子攜帶的官能團(tuán)可能是影響選擇性的主要因素。
　　本文研究了通過紫外光照降解吸附質(zhì)諾氟沙星從而再生吸附劑MIPs的安全性和可靠性，研究?jī)?nèi)容包括MIPs在紫外光催化下降解諾氟沙星的動(dòng)力學(xué)、降解產(chǎn)物及pH值、MIPs用量、腐殖酸濃度、水體基

6、質(zhì)、諾氟沙星初始濃度對(duì)催化降解效果的影響。研究發(fā)現(xiàn)，MIPs在紫外光照射下催化使得部分諾氟沙星被氧化加醛或加羥基，部分裂解轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)，從而致使諾氟沙星被降解而實(shí)現(xiàn)吸附材料的再生。紫外光催化降解諾氟沙星的速率受pH值、催化劑投加量、腐殖酸濃度、水體基質(zhì)、反應(yīng)物濃度的影響。但是，在一定范圍內(nèi)，影響并不明顯。當(dāng)溶液pH在中性范圍內(nèi)，經(jīng)過100min的紫外光照，諾氟沙星基本能完全被降解，從而實(shí)現(xiàn)MIPs的再生。在11次吸附-再生循環(huán)期間，

7、MIPs的吸附性能沒有明顯下降。最后，我們使用Scatchard模型研究了MIPs對(duì)諾氟沙星吸附的吸附位點(diǎn)情況。使用計(jì)算機(jī)軟件進(jìn)行分子模擬的方法嘗試解釋了分子印跡材料對(duì)目標(biāo)污染物及與其性質(zhì)相似的物質(zhì)的選擇性吸附機(jī)理。通過計(jì)算機(jī)軟件分析可以發(fā)現(xiàn)，MIPs吸附諾氟沙星時(shí)存在兩類吸附位點(diǎn):一類為MIPs中的氧原子與諾氟沙星上的羥基結(jié)合;一類為MIPs中的氧原子與諾氟沙星上的羧基結(jié)合。諾氟沙星分子印跡材料吸附諾氟沙星及環(huán)丙沙星的反應(yīng)過程能量吸收