多孔/中空印迹聚合物选择性吸附分离三氟氯氰菊酯的行为和机理研究

摘要

随着有机磷、有机胺农药的逐步禁用，低毒的菊酯类农药受到了农业生产的青睐。但近年来，已有研究表明地表水等被检测出了菊酯类农药残留。吸附分离方法由于操作简单，成本低廉是处理菊酯残留的有效方法。多孔/中空材料具有比表面积大、通透性好、密度小、吸附力强等特点。其中Pickering乳液模板法是制备多孔/中空材料的理想手段。分子印迹技术制备的分子印迹聚合物具有构效系统性和实用性等优点，可以选择性识别目标分子。
　　本工作，采用Pickering乳液法和Pickering高内相乳液法制备了三种多孔/中空分子印迹材料，并以三氟氯氰菊酯(LC)为目标污染物，研究了选择性吸附分离LC的行为和机理。具体工作如下:
　　首先，利用共沉淀法制备了亲水性磁性纳米粒子，然后以凹凸棒石为稳定粒子，少量氧化铁为载源和辅助稳定粒子，构建了水包油型Pickering乳液，引发内部有机相聚合后制备了多孔/中空双壳层磁性印迹微球(MH-MIPs)。多种表征结果表明MH-MIPs具有双壳层结构，且具有良好的热稳定性、磁稳定性和超顺磁性(Ms=4.76 emu/g)。通过静态吸附实验考察了MH-MIPs对LC的吸附动力学、平衡和选择性识别行为。吸附实验平衡数据与Langmuir等温方程拟合效果较好(R2=0.9879)，298K时单分子层吸附量为59.88μmol/g。准二级动力学方程与动力学数据符合吻合程度较高（R2=0.9983）。选择性实验表明，在模板分子结构类似物存在下，MH-MIPs对LC具有更好的亲和力和选择性结合能力。
　　其次，以正硅酸四乙酯为硅源制备亲水性硅粒子，并用油酸进行改性获得疏水性氧化硅粒子。采用以疏水性二氧化硅粒子和非离子型表面活性剂Hypermer2296为复合稳定剂构建了油包水型Pickering高内相乳液，在外相中以LC为模板分子、丙烯酰胺为功能单体、聚乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂，成功制备了泡沫型分子印迹聚合物材料(MIPFs)并用于选择性吸附分离LC。MIPFs具有开孔结构和连接孔，有良好的机械性能，中等疏水性和热稳定性。静态吸附实验表明MIPFs吸附LC的吸附平衡数据符合Langmuir等温方程(R2=0.9879)，25℃时MIPFs的单分子层最大吸附量为46.10μmol/g。吸附动力学更符合准二级动力学模型(R2=0.9877)。选择性实验结果表明，MIPFs吸附LC具有较高的亲和力较和选择性。
　　最后，选用疏水性四氧化三铁纳米粒子为磁性稳定粒子，Hypermer2296为表面活性剂构建了Pickering高内相乳液，外相中以LC为模板分子、丙烯酰胺和甲基丙烯酸为复合功能单体、二乙烯基苯为交联剂，经热引发自由基聚合法制备了磁性分子印迹聚合物(MMIPs)，并用于选择性吸附分离LC。表征结果显示，MMIPs具有规则的开孔结构、优良的超顺磁性(Ms=0.91 emu/g)和热稳定性。实验考察了内相体积比、单体用量、四氧化三铁纳米粒子用量以及表面活性剂用量对泡沫型MMIPs的形貌及结构的影响。静态吸附实验表明，MMIPs复合材料吸附LC具有优良的吸附性能、选择性识别性能和再生性能。Langmuir等温方程更好的拟合MMIPs的吸附平衡数据，25℃时MMIPs对LC的单分子层吸附量为404.40μmol/g。准二级动力学方程更好地拟合了MMIPs的动力学行为。选择性实验表明，在其他类似结构化合物存在时，MMIPs对LC具有卓越的亲和力和选择性能。四次再生后MMIPs对LC的吸附量仍然高达85％。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 拟除虫类菊酯的来源、种类、危害及处理方法

1．1．1 拟除虫类菊酯的简介

1．1．2 拟除虫类菊酯污染物的处理方法

1．2 分子印迹技术概况

1．2．1 分子印迹技术的起源与发展

1．2．2 分子印迹聚合物的制备

1．3 多孔／中空材料吸附分离环境中有机农药的研究进展

1．3．1 多孔／中空材料的定义、种类

1．3．2 多孔／中空材料的制备方法

1．4 多孔／中空印迹聚合物选择性吸附分离有机农药的进展

1．4．1 Pickering乳液聚合法

1．4．2 Pickering HIPEs乳液聚合法

1．4 课题的研究背景、目的意义及研究内容

1．4．1 研究背景、目的及意义

1．4．2 研究内容

第二章 磁性多孔／中空印迹聚合物选择性吸附分离三氟氯氰菊酯研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂及仪器

2．2．2 磁性／中空双壳层印迹聚合物(MH-MIPs)的制备

2．2．3 吸附实验

2．3 结果与讨论

2．3．1 Pickering乳液和MH-MIPs的制备

2．3．2 MH-MIPs聚合物的表征

2．3．3 吸附动力学

2．3．4 吸附等温线

2．3．5 选择性分析和识别机理

2．4 结论

第三章 多孔印迹泡沫材料制备及选择性吸附分离三氟氯氰菊酯研究菊酯研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 试剂及仪器

3．2．2 多孔印迹泡沫材料(MIPFs)的制备

3．2．3 吸附实验

3．3 结果与讨论

3．3．1．Pickering W／O HIPEs的制备

3．3．2．MIPFs的制备

3．3．3．MIPFs的表征

3．3．4 吸附动力学

3．3．5 吸附平衡和热力学模型

3．3．6 MIPFs对LC的特异性识别能力

3．4 结论

第四章 磁性多孔印迹聚合物选择性吸附三氟氯氰菊酯研究

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 试剂及仪器

4．2．2 磁性多孔印迹聚合物(MMIPs)的制备

4．2．3 吸附实验

4．3 结果与讨论

4．3．1 材料的表征

4．3．2 吸附等温线

4．3．3 吸附动力学

4．3．4 吸附热力学

4．3．5 再生性能分析

4．3．6 MMIPs对LC的特异性识别能力

4．4 结论

第五章 结论及下一步工作建议

5．1 结论

5．2 创新点

5．3 展望

参考文献

攻读硕士学位期间的主要科研成果

致谢

中英文符号与缩写对照表