功能化吸附材料去除水中BPA的實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、雙酚A(2,2-bis(4-hydroxyphenyl)propane, BPA)作為一種環(huán)境雌激素會(huì)嚴(yán)重干擾人類(lèi)及其他動(dòng)物的內(nèi)分泌甚至?xí)绊懫渖芰?。近年?lái)，在水體中頻繁檢測(cè)出BPA，嚴(yán)重影響人類(lèi)健康，因此，分離去除BPA成為很重要的研究課題。為了能夠提高功能性吸附材料對(duì)水中BPA的吸附容量，本文研究制備了兩種功能化吸附分離 BPA的材料，并對(duì)這兩種功能性吸附材料進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
　　以雌激素BPA為模板分子，納米二氧化硅（S

2、iO2）為印跡載體，3-氨丙基三乙氧基硅烷（APTES）為功能單體，正硅酸乙酯（TEOS）為交聯(lián)劑，采用表面分子印跡和溶膠-凝膠相結(jié)合的技術(shù)，制備雙酚A分子印跡吸附劑（Bisphenol A molecular imprinted particle, BPA-MIP）。并以不加入模板分子BPA的非印跡吸附劑（BPA non-imprinted particle, BPA-NIP）做對(duì)比。吸附劑制備過(guò)程中用不同配比的功能單體與交聯(lián)劑進(jìn)行優(yōu)

3、化，并將最優(yōu)合成條件下的吸附劑樣品通過(guò)現(xiàn)代分析手段對(duì)BPA-MIP和BPA-NIP進(jìn)行表征和分析，同時(shí)以靜態(tài)吸附實(shí)驗(yàn)、吸附動(dòng)力學(xué)對(duì)吸附劑吸附性能進(jìn)行研究，首次通過(guò)結(jié)合Scatchard方程探討溫度、原料配比、吸附劑投加量在BPA-MIP吸附BPA過(guò)程中對(duì)印跡位點(diǎn)表觀最大結(jié)合量Qmax的影響，并提出了可能的分子印跡識(shí)別機(jī)理。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)交聯(lián)劑：功能單體=2:1時(shí)，BPA-MIP的吸附容量最高可達(dá)17.75μmol·g-1；

4、BPA-MIP對(duì)水中BPA的動(dòng)力學(xué)吸附過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)吸附模型，在吸附過(guò)程中存在化學(xué)吸附過(guò)程；顆粒內(nèi)部擴(kuò)散也是吸附過(guò)程的主要控速步驟之一；BPA-MIP和BPA-NIP的吸附等溫線(xiàn)結(jié)果則表明，BPA-MIP和BPA-NIP對(duì)水中BPA的吸附行為符合 Langmuir等溫吸附模型，屬于單分子層吸附范疇，BPA-MIP的平衡吸附容量為34.95μmol·g-1，BPA-NIP為14.97μmol·g-1，BPA-MIP的飽和吸附容量約是

5、BPA-NIP的2.3倍；BPA-MIP和BPA-NIP的吸附熱力學(xué)則表明，不同溫度下BPA-MIP和BPA-NIP對(duì)BPA吸附過(guò)程的焓變H均大于零，為吸熱反應(yīng)，熵變S也均為正值，說(shuō)明兩種吸附劑在吸附過(guò)程中發(fā)生了結(jié)構(gòu)上的某些變化，而五種溫度下G均小于零，說(shuō)明該吸附過(guò)程能自發(fā)進(jìn)行的；文中首次利用Scatchard方程對(duì)BPA-MIP吸附水中BPA的實(shí)驗(yàn)結(jié)果的擬合分析表明：吸附平衡時(shí)所達(dá)到的最大表觀自由結(jié)合量Qmax為17.58μmol·g

6、-1與吸附劑投量、吸附溫度之間的線(xiàn)性關(guān)系；且BPA-MIP具有
　　至少三種印跡位點(diǎn)：特異性高親和位點(diǎn)、半特異性親和位點(diǎn)以及非特異性親和位點(diǎn)。
　　在苯胺（An）的酸性溶液中，采用不同比例的苯胺單體與過(guò)硫酸銨氧化劑以化學(xué)氧化聚合法合成聚苯胺(polyaniline, PANI)，并以無(wú)鹽酸摻雜合成的塊狀聚苯胺做對(duì)比。綜合考慮了三種不同形貌的聚苯胺吸附劑的吸附性能，并采用SEM、BET、FTIR以及XPS等現(xiàn)代手段進(jìn)行表征測(cè)試

7、。
　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：纖維狀聚苯胺對(duì)水中BPA的吸附效果最好，室溫下，投加0.5 g·L-1聚苯胺吸附劑對(duì)初始濃度為10μmol·L-1BPA的中性溶液，吸附容量為21.36μmol·g-1，除此之外在對(duì)聚苯胺的吸附動(dòng)力學(xué)、吸附等溫線(xiàn)以及熱力學(xué)的一系列研究結(jié)果表明，其吸附過(guò)程符合準(zhǔn)二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，且吸附過(guò)程是由顆粒外擴(kuò)散以及內(nèi)擴(kuò)散聯(lián)合控制的；三種聚苯胺的吸附行為均符合Langmuir等溫吸附模型，三種聚苯胺吸附劑的最大吸附容量分別

8、為：纖維聚苯胺188.32μmol·g-1、納米微球聚苯胺170.94μmol·g-1、塊狀聚苯胺38.43μmol·g-1；熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)則證明該反應(yīng)是吸熱反應(yīng)。聚苯胺對(duì)雌激素BPA的吸附機(jī)理為：對(duì)溶液中的目標(biāo)污染物BPA，聚苯胺主要靠其分子鏈中核心活性N原子的兩種存在形式醌二亞胺（-N=）以及苯二胺（-NH-）與BPA上的酚羥基通過(guò)氫鍵作用達(dá)到吸附去除BPA的效果，而在活性N原子與目標(biāo)分子中酚羥基靠氫鍵完成化學(xué)吸附過(guò)程中，醌二亞胺（-N