共价三嗪多孔材料对水中典型有机污染物吸附行为研究

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水体中存在着许多有机污染物,这些有机污染物对水生态系统和人类健康造成了严重威胁。吸附法具有去除效率高,操作简便等特点,被广泛用于去除水体中的有机物污染物。共价三嗪多孔材料(CTFs)是一种新型的多孔材料,该聚合物比表面积高、孔道规整、孔隙结构均匀,同时其拥有良好的热稳定性和化学稳定性,是一种很有前途的吸附材料。  本文通过离子热共聚法合成了两种不同孔径结构的共价三嗪多孔材料CTF-1(微孔为主)和CTFDCBP(中孔和微孔共存),并以此作为吸附剂,采用多种实验和光谱技术对合成CTFs的结构、孔隙度和表面特性进行了表征。实验选取了芳香族化合物、抗生素药物和阴阳离子染料作为目标污染物,通过批次吸附试验研究了它们在CTFs上的吸附,并研究了CTFs对这些有机污染物的吸附机制。同时还研究了水化学条件(pH值、离子强度和可溶性腐殖酸)对化合物在CTFs材料上的吸附影响。主要取得以下几个方面研究结果:  (1)所研究的芳香族化合物(苯和萘除外)在CTF-1上的吸附明显强于在XAD-4树脂上的吸附,芳香族化合物在CTF-1上的吸附与溶剂的疏水性能无关,存在着其他特殊的作用力。对于离子型的芳香化合物,其吸附的主要作用力为离子型化合物与CTF-1之间的静电相互作用;而氢键作用力是羟基和胺基的芳香族化合物强烈吸附的主要原因;硝基类芳香化合物在CTF-1的吸附主要是硝基苯与CTF-1之间的阳离子极化和π-π电子交互作用,并且随着硝基个数的增加其吸附不断的增强。代表污染物硝基苯和苯酚在CTF-1上的吸附解吸动力学平衡时间很短,而且两者在CTF-1上的吸附几乎完全可逆。  (2)由于孔径大小不同,三种抗生素药物磺胺甲噁唑、四环素和泰乐菌素在两种CTFs上显示了不同的吸附规律。由于分子筛效应,大分子抗生素四环素和泰乐菌素在CTF-1上的吸附明显低于磺胺甲噁唑;由于CTFDCBP孔径比较大,其孔道内的吸附电位能被四环素和泰乐菌素利用,因此它们在CTFDCBP吸附高于磺胺甲噁唑吸附。随着pH的增加,磺胺甲噁唑的吸附逐渐降低,当pH>4随着pH增加泰乐菌素的吸附逐步增加,四环素在两种材料上面显示了不同的pH影响,其主要原因是pH的变化导致材料和四环素本身性质的变化。由于静电屏蔽作用,离子强度降低了磺胺甲噁唑和四环素在CTFs上的吸附;由于盐析效应的存在,离子强度增强了泰乐菌素在CTFs上的吸附。在材料CTF-1上溶解性腐殖酸对磺胺甲噁唑和泰勒菌素的吸附没有影响,由于吸附竞争作用的存在溶解性腐殖酸降低了它们在材料CTFDCBP上的吸附。然而由于络合作用的存在,溶解性腐殖酸促进了四环素在两种CTFs材料上的吸附。  (3)阳离子染料和阴离子染料在CTFs上都有较好好的吸附效果,大分子染料直接冻黄G由于分子筛效应在CTF-1上的吸附极低。阳离子染料亚甲基蓝在CTFs上的吸附主要是其质子化N与CTFs之间的阳离子-π作用;阴离子染料甲基橙和直接冻黄G在CTF上的吸附除了静电作用外,还存在很强的氢键作用力。亚甲基蓝吸附随着pH增加而增强,而甲基橙和直接冻黄G随着pH增加其吸附不断降低。由于盐析效应,离子强度促进了亚甲基蓝的吸附;由于静电屏蔽作用,离子强度加入降低了甲基橙和直接冻黄G在CTF上的吸附,但是由于Ca2+与直接冻黄G的络合作用促进了其在CTF上的吸附。溶解性腐殖酸降低了染料在CTFs上的吸附。
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