PHB仿生吸附剂的制备及其吸附富集有机氯化物的研究

论文摘要

考虑到有机氯污染物存在于自然水体并可能存在于自来水和达标排放的污（废）水中,对人体和生态环境造成严重危害,受到有机氯化物易在生物体脂肪内富集的启示,选取微生物降解废物和污染物产生的聚羟基丁酸酯（PHB）为原料,引进改良的复乳液溶剂挥发法制备仿生吸附剂,希望从受污染水体中富集分离出低浓度的脂溶性有毒有机氯化物,以数量级倍数提高浓度实现其污染控制动力学的可行性。对生活污水、焦化废水和精细化工废水的调查发现,其达标排放出水中仍含有三氯甲烷、氯苯、氯硝基苯、氯苯胺、氯苯酚等多种有毒有机氯化物,是重要的微污染源。首次以PHB为原料成功制成了多孔性仿生吸附剂（命名为PHBBMA）,经多种表征证实该制备过程是纯粹的物理过程,无化学变化,不产生副产物,保持了PHB本身的亲脂性。PHBBMA是一种无毒、安全、高效、环境友好的仿生吸附剂。正交试验结果表明,PHB浓度（wPHB）、聚乙烯醇（PVA）浓度（wPVA）及它们间的交互作用是影响PHBBMA比表面积（SBET）的主要因素。PHBBMA制备的最优条件:wPHB和wPVA均为5%,去离子水与PHB的体积比（Vwater/VPHB）为40%,PHB与PVA的体积比（VPHB/VPVA）为30%,初乳化转速和时间分别为10 000 r min-1和2 min,复乳化转速和时间为800 r min-1和4 min。该条件下制备的PHBBMA的SBET为58.78 m2 g-1。PHBBMA对氯苯和邻氯硝基苯的吸附符合Sips等温线模型,吸附容量和富集倍数与温度成负相关,与辛醇水分配系数Kow成正相关,对Kow高的有机氯化物有更好的富集效果。在20 40℃条件下吸附36 h,PHBBMA0（SBET为8.45 m2 g-1）对氯苯和邻氯硝基苯的富集倍数可达1000倍,最大吸附容量分别可达125.99和39.56 mg g-1。PHBBMA比表面积对其吸附富集能力有很大的影响。在30℃条件下用1 g L-1的吸附剂处理36 h,PHBBMA0对氯苯（初始浓度c0为5.62 mg L-1）和邻氯硝基苯（c0为9.76 mg L-1）的去除率仅为45.2%和35%;而优化所得的PHBBMA27（SBET为58.78 m2 g-1）对两者的去除率均可达到100%,甚至还有剩余的吸附能力。该吸附过程符合拟二级动力学模型,包含3个阶段,最初液膜扩散是速率控制步骤,速率常数可由初始浓度决定;第二和第三阶段分别是中孔和微孔扩散过程,颗粒内扩散为速率控制步骤。PHBBMA吸附氯苯和邻氯硝基苯的ΔG0和ΔH 0是负值,说明该吸附过程是自发放热过程,低温有利于吸附;ΔS0为负值,说明氯苯和邻氯硝基苯从水溶液吸附到PHBBMA表面的过程是有序度增加的过程。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 有机氯化物的污染及治理
• 1.2.1 有机氯化物的来源
• 1.2.2 有机氯化物的毒性及危害
• 1.2.3 有机氯化物的污染现状
• 1.2.4 有机氯化物的污染控制技术
• 1.3 PHAs的概述
• 1.3.1 PHAs的发展史
• 1.3.2 PHAs的应用
• 1.3.3 PHAs的发展现状
• 1.3.4 小结
• 1.4 课题研究的目的、内容和思路
• 1.4.1 研究目的和意义
• 1.4.2 研究内容
• 1.4.3 研究思路
• 第二章 3 种污（废）水中有机氯化物的分布
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 水样采集
• 2.2.2 实验试剂和仪器
• 2.2.3 样品预处理及分析方法
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 污（废）水处理厂出水的水质考察结果
• 2.3.2 污（废）水处理厂出水中有机氯化物的分析
• 2.4 本章小结
• 第三章 PHBBMA的制备及表征
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 实验试剂和仪器
• 3.2.2 实验方法
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 PHBBMA的形态和结构
• 3.3.2 PHBBMA的比表面积和孔径分布
• 3.3.3 PHB粉末和PHBBMA颗粒的热重分析
• 3.3.4 PHB粉末和PHBBMA颗粒的核磁共振氢谱
• 3.3.5 PHB粉末和PHBBMA颗粒的FT-IR分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 PHBBMA对氯苯和邻氯硝基苯的静态吸附
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 实验试剂和仪器
• 4.2.2 实验方法
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 氯苯和邻氯硝基苯的标准曲线
• 4.3.2 氯苯和邻氯硝基苯在PHBBMA上的吸附等温线
• 4.3.3 PHBBMA对氯苯和邻氯硝基苯的富集
• 4.3.4 PHBBMA吸附氯苯和邻氯硝基苯的富集动力学
• 4.3.5 氯苯和邻氯硝基苯在PHBBMA上的吸附热力学
• 4.3.6 吸附了氯苯和邻氯硝基苯的PHBBMA的TG-DSC表征
• 4.4 本章小结
• 第五章 PHBBMA对氯苯和邻氯硝基苯的固定床吸附
• 5.1 引言
• 5.2 固定床穿透曲线的数学模型
• 5.3 实验部分
• 5.3.1 实验试剂和仪器
• 5.3.2 实验方法
• 5.4 结果与讨论
• 5.4.1 穿透曲线模型的选用
• 5.4.2 穿透曲线的线性拟合
• 5.4.3 进料速度和进料浓度对模型预测的影响
• 5.5 本章小结
• 第六章 PHBBMA的优化
• 6.1 引言
• 6.2 正交试验设计
• 6.3 试验部分
• 6.3.1 试验试剂和仪器
• 6.3.2 试验方法
• 6.4 结果与讨论
• 6.4.1 极差分析
• 27和PHBBMA₀对氯苯和邻氯硝基苯的吸附'>6.4.2 PHBBMA₂₇和PHBBMA₀对氯苯和邻氯硝基苯的吸附
• 6.5 本章小结
• 结论与展望
• 参考文献
• 攻读博士学位期间取得的研究成果
• 致谢