仿生脂肪吸溶材料制备及对水体中疏水性有机污染物去除的研究

论文摘要

难降解疏水性有机污染物（Hydrophobic Organic Contaminants，HOCs），包括了目前高度关注的持久性有机污染物，由于其对生物降解、光解、化学分解作用有较高抵抗能力，一旦排放到环境中，可以在水体、土壤和底泥等介质中长时间存留；同时由于其低水溶性和高脂溶性特性，一旦进入生物体内，会产生生物蓄积毒性。研究表明，生物脂肪组织可以对疏水性物质有效富集，其富集程度与生物体脂肪含量呈正比。 基于以上事实，本研究从仿生学角度出发，通过对疏水性有机污染物在生物脂肪组织中的富集过程研究模拟，选择合适材料，通过界面聚合构建以脂肪细胞为母本的仿生脂肪吸溶材料（Biomimetic Fat Adsoluble Agent，BFAA），并对水体中难降解疏水性有机污染物进行有效去除，尤其是低浓度，通过常规手段无法彻底根除的对生物体具有危害的持久性有机污染物进行有效处理，是仿生学在污染控制应用中的一种全新探索。 研究主要成果和结论包括： （1）采用界面聚合工艺制备BFAA，整体工艺简单可靠，条件易于控制；BFAA具有亲水性的膜和亲脂性的内核结构，亲水性的膜允许携带HOCs的水体穿过膜，亲脂性的内含物三油酸甘油酯将HOCs富集截留。 （2）根据本论文研究成果，提出了吸溶（adsolution）概念，可以对BFAA去除疏水有机污染物的行为进行恰当描述。 （3）20 mg／L的BFAA和粉末活性炭（Powder Activated Carbon，PAC）均可以将10μg／L的林丹降低至饮用水最大允许浓度0.1μg／L；由于BFAA对于HOCs富集作用的持续性，在低剂量下BFAA对于林丹的去除效果优于PAC。BFAA在试验浓度范围内（0.40μg/L）对林丹的吸溶属于快速反应过程，内扩散是吸溶过程的控制步骤，其吸溶过程遵循一级反应动力学：线性分配方程可以很好的描述BFAA去除林丹的行为。 （4）30 mg／0.1 L的BFAA和PAC对于试验浓度（50-500 μg／L）范围内蒽、菲、芴和萘的去除效果良好，去除率达到90％以上，均优于颗粒活性炭（GranularActivated Carbon，GAC），在低剂量情况下，BFAA对于蒽、非、芴、萘的去除效果优于PAC和GAC；BFAA对蒽、菲、芴和萘的吸溶过程以及PAC和GAC

论文目录

• 绪论
• 1 课题来源
• 2 研究背景和选题依据
• 3 课题研究目的
• 4 课题研究意义
• 第一章 有机污染物研究现状及仿生学研究进展
• 1.1 有机污染物
• 1.1.1 环境有机污染物的几个概念
• 1.1.2 疏水性有机污染物、持久性有机污染物与持久性有毒污染物
• 1.1.3 有机污染物的全球污染问题
• 1.1.4 持久性有机毒物的生物毒性
• 1.1.5 持久性有机毒物的研究进展
• 1.1.6 污水中有毒污染物的处理技术进展
• 1.2 生物富集作用
• 1.2.1 生物富集、生物积累与生物放大
• 1.2.2 脂肪仿生的缘起
• 1.3 仿生学的概念及分类
• 1.3.1 仿生学的概念
• 1.3.2 仿生学发展
• 1.3.3 仿生制造、仿生合成技术与生物设计
• 1.3.4 仿生学的发展趋势
• 1.3.5 仿生学与环境生态
• 1.3.6 仿生学在环境污染控制与治理中的应用展望
• 1.4 吸溶（ADSOLUTION）、吸附（SORPTION）和吸附（ADSORPTION）
• 1.4.1 吸附（sorption）和吸附（adsorption）
• 1.4.2 吸溶（adsolution）在本文的提出
• 第二章 研究内容及技术路线
• 2.1 研究内容
• 2.2 技术路线
• 第三章 仿生脂肪吸溶材料的制备
• 3.1 研究目的及缘起
• 3.2 仿生脂肪吸溶材料膜和内含物制备材料的选取
• 3.3 试验部分
• 3.3.1 试剂
• 3.3.2 仿生脂肪吸溶材料的制备
• 3.3.3 仿生脂肪吸溶材料的表征
• 3.3.4 林丹去除
• 3.3.5 仿生脂肪吸溶材料的再生
• 3.3.6 林丹分析条件
• 3.4 结果与分析
• 3.4.1 界面聚合反应条件
• 3.4.2 界面聚合体系确定
• 3.4.3 仿生脂肪吸溶材料内含物量的确定
• 3.4.4 仿生脂肪吸溶材料表征
• 3.4.5 林丹去除
• 3.4.6 BFAA的再生与活性炭再生的比较
• 3.5 本章结论
• 第四章 改性仿生脂肪吸溶材料
• 4.1 研究目的
• 4.2 试验部分
• 4.2.1 试剂
• 4.2.2 网状仿生脂肪吸溶材料的制备
• 4.2.3 网状仿生脂肪吸溶材料的孔径控制
• 4.2.4 网状仿生脂肪吸溶材料的表征
• 4.2.5 网状仿生脂肪吸溶材料对林丹的去除及再生
• 4.2.6 林丹分析条件
• 4.3 结果与分析
• 4.3.1 网状仿生脂肪吸溶材料的制各
• 4.3.2 网状仿生脂肪吸溶材料强度的增加
• 4.3.3 网状仿生脂肪吸溶材料的孔径控制
• 4.3.4 网状仿生脂肪吸溶材料的粒径
• 4.3.5 网状仿生脂肪吸溶材料的形态分析
• 4.3.6 网状仿生细胞对于林丹的去除
• 4.4 本章结论
• 第五章 仿生脂肪吸溶材料对水体中林丹的去除
• 5.1 研究目的
• 5.2 试验部分
• 5.2.1 反应平衡时间
• 5.2.2 BFAA和PAC剂量对林丹去除效果的影响
• 5.2.3 不同浓度的林丹去除效果
• 5.2.4 BFAA和PAC对林丹的最大去除量
• 5.2.5 温度对BFAA吸溶林丹的影响
• 5.2.6 分析样品制备
• 5.2.7 分析仪器及分析方法
• 5.2.8 BFAA吸溶量和PAC吸附量的计算
• 5.3 结果与讨论
• 5.3.1 BFAA和PAC剂量
• 5.3.2 平衡时间
• 5.3.3 不同浓度林丹去除效果
• 5.3.4 林丹去除过程
• 5.3.5 BFAA对于林丹的最大吸溶量
• 5.3.6 BFAA吸溶林丹等温方程
• 5.3.7 BFAA吸溶林丹热力学
• 5.3.8 有机物吸附行为
• 5.4 本章结论
• 第六章 仿生脂肪吸溶材料对水体中多环芳烃的去除
• 6.1 研究的目的
• 6.2 试验部分
• 6.2.1 试验选用多环芳烃的基本性质
• 6.2.2 多环芳烃母液配置
• 6.2.3 反应平衡
• 6.2.4 BFAA／PAC／GAC剂量
• 6.2.5 不同浓度多环芳烃去除效果
• 6.2.6 BFAA对多环芳烃的最大吸溶量
• 6.2.7 多环芳烃分析条件
• 6.2.8 BFAA吸溶量以及PAC和GAC吸附量的计算
• 6.3 结果与讨论
• 6.3.1 BFAA／PAC／GAC剂量
• 6.3.2 平衡时间
• 6.3.3 多环芳烃去除动力学
• 6.3.4 不同浓度多环芳烃去除效果
• 6.3.5 多环芳烃的辛醇-水分配系数与其相对去除速率关系
• 6.3.6 BFAA对多环芳烃的最大吸溶量
• 6.3.7 仿生脂肪吸溶材料对疏水性有机物生物富集的描述
• 6.4 本章结论
• 第七章 仿生脂肪吸溶材料对渗滤液尾水中疏水性有机物的去除
• 7.1 研究目的
• 7.2 试验部分
• 7.2.1 试验所用渗滤液尾水
• 7.2.2 渗滤液尾水中疏水性有机物去除试验
• 7.2.3 渗滤液尾水及处理后尾水中疏水性有机物分析
• 7.2.4 渗滤液尾水及处理后分子量分布的变化
• 7.2.5 化学需氧量去除
• 7.3 结果与分析
• 7.3.1 渗滤液尾水及处理后尾水中疏水性有机物分析
• 7.3.2 渗滤液尾水处理后分子量分布的变化
• 7.3.3 经处理后渗滤液尾水的COD变化
• 7.3.4 渗滤液尾水以及经BFAA、PAC、GAC以及Resin处理的渗滤液尾水的性质综合分析
• 7.4 本章结论
• 第八章 结论与建议
• 8.1 本文主要结论与创新点
• 8.2 建议
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果