有机物结构特性与其在甲基硅橡胶膜中渗透萃取效果关系研究

摘要

有机物的分子结构包含了决定其物理、化学等方面性质的信息，因此，有机物的宏观性质与其微观结构存在必然联系。分子结构表征(MSC)方法是利用分子结构参数对分子结构特性进行定量描述的方法。
　　膜渗透萃取技术是近年来发展较快的一种新型膜分离技术。该技术利用硅橡胶膜对有机物的选择透过性，实现对目标有机物的分离与回收。目前国内外关于膜渗透萃取技术的研究中，往往针对组分单一的有机废水，且涉及工艺参数研究较多，关于硅橡胶膜对有机物选择性萃取的研究较少。
　　本文以甲基硅橡胶膜作为分离介质，选取了有机废水中常见的三类污染物作为研究对象，同时选取了10种结构参数对有机物的结构特性进行表征。通过分析结构参数与有机物在甲基硅橡胶膜中渗透萃取效果的关系，探讨有机物结构特性对甲基硅橡胶膜选择性萃取有机物的影响，并找出主要影响因子，为研究甲基硅橡胶膜对废水中不同成分有机污染物的选择性萃取提供依据。
　　研究结果表明:甲基硅橡胶膜对有机物的选择透过性与有机物本身的结构特性密切相关。苯胺类、苯酚类以及低分子有机酸三类有机物的亲疏水特性是影响其在甲基硅橡胶膜中渗透萃取效果的主要因素，物质的疏水性越强，越容易萃取进入硅橡胶膜。从结构参数的角度来分析，有机物的辛醇/水分配系数以及溶解度是影响萃取效果的主要参数，随着辛醇/水分配系数的升高或溶解度的降低，三类有机物在硅橡胶膜内的萃取率逐渐升高。而透过率均随辛醇/水分配系数的升高而表现出先升高后降低的变化趋势，其最优值分别为lgP=1.14（苯胺类）、lgP=1.54（苯酚类）以及lgP=1.87（有机酸类）。有机物分子大小对其渗透萃取效果也有一定的影响，但并不是主要影响因子。对于可被萃取的物质，以有机物的酸解离常数为依据，通过调节溶液pH值使其在水溶液中的分子态含量增加，可以起到提高萃取率以及透过率的作用。另外，由于混合物相比单一物质推动力降低及不同有机物的萃取存在竞争机制的原因，混合液中有机物的萃取率以及透过率比单物质均有所降低。最后，采用多元逐步回归的方法建立了有机物结构参数与萃取率以及透过率的回归模型，结果表明辛醇/水分配系数、分子中最大的原子净正电荷、酸解离常数以及分子摩尔体积四个结构参数对有机物的萃取率有影响，透过率主要受到辛醇/水分配系数以及分子极化率两个结构参数的影响。

目录

符号说明

摘要

1 前言

1．1 有机物结构与其特性的关系

1．1．1 有机物结构对其宏观特性的影响概述

1．1．2 有机物分子结构的表征方法

1．1．3 有机物结构与其特性关系研究进展

1．2 渗透萃取技术概述

1．2．1 渗透萃取技术原理

1．2．2 常用渗透萃取膜材料及膜组件

1．2．3 硅橡胶膜渗透萃取技术研究进展

1．3 选题依据及研究内容和意义

1．3．1 选题依据

1．3．2 研究意义

1．3．3 研究内容

1．3．4 技术路线图

2 实验部分

2．1 实验仪器和试剂

2．1．1 实验仪器

2．1．2 实验试剂

2．2 实验材料

2．3 实验原理

2．4 实验装置及流程

2．4．1 萃取实验流程

2．4．2 透过实验流程

2．5 实验设计

2．5．1 有机物的萃取实验

2．5．2 有机物的透过实验

2．6 分析方法

2．6．1 膜材料的表征

2．6．2 有机物结构参数的获取方法

2．6．3 有机物含量的表征方法

2．6．4 混合液分离测定方法

2．6．5 有机物萃取率和透过率的计算方法

2．6．6 结构参数与萃取率以及透过率相关性分析方法

3 苯胺类有机物结构特性与其渗透萃取效果关系研究

3．1 引言

3．2 膜材料表征

3．2．1 扫描电镜(SEM)表征

3．2．2 接触角(OCA)表征

3．3 苯胺类有机物的结构参数

3．4 苯胺类有机物的萃取率以及透过率

3．5 苯胺类有机物结构参数与萃取率的相关矩阵

3．6 苯胺类有机物结构参数与萃取率以及透过率的关系

3．6．1 辛醇／水分配系数(lgP)与萃取率以及透过率的关系

3．6．2 溶解度(S)与萃取率以及透过率的关系

3．6．3 解离常数(pKa)与萃取率以及透过率的关系

3．6．4 摩尔体积(Vm)与萃取率以及透过率的关系

3．7 多组分苯胺类有机物在甲基硅橡胶膜中的渗透萃取效果研究

3．7．1 苯胺类有机物混合前后萃取率以及透过率的变化

3．7．2 苯胺类混合液中各组分在不同时间的透过率

3．8 本章小结

4 苯酚类有机物结构特性与其渗透萃取效果关系研究

4．1 引言

4．2 苯酚类有机物的结构参数

4．3 苯酚类有机物的萃取率以及透过率

4．4 苯酚类有机物结构参数与萃取率的相关矩阵

4．5 苯酚类有机物结构参数与萃取率以及透过率的关系

4．5．1 辛醇／水分配系数(lgP)与萃取率以及透过率的关系

4．5．2 溶解度(S)与萃取率以及透过率的关系

4．5．3 解离常数(pKa)与萃取率以及透过率的关系

4．5．4 摩尔体积(Vm)与萃取率以及透过率的关系

4．5．5 分子极化率(α)与萃取率以及透过率的关系

4．5．6 偶极矩(μ)与萃取率以及透过率的关系

4．6 多组分苯酚类有机物在甲基硅橡胶膜中的渗透萃取效果研究

4．6．1 苯酚类有机物混合前后萃取率以及透过率的变化

4．6．2 苯酚类混合液中各组分在不同时间的透过率

4．7 本章小结

5 低分子有机酸类物质结构特性与其渗透萃取效果关系研究

5．1 引言

5．2 低分子有机酸类物质的结构参数

5．3 低分子有机酸类物质的萃取率以及透过率

5．4 低分子有机酸类物质结构参数与萃取率的相关矩阵

5．5 低分子有机酸类物质的结构参数与萃取率以及透过率的关系

5．5．1 辛醇／水分配系数(lgP)与萃取率以及透过率的关系

5．5．2 溶解度(S)与萃取率以及透过率的关系

5．5．3 解离常数(pKa)与萃取率以及透过率的关系

5．5．4 摩尔体积(Vm)与萃取率以及透过率的关系

5．5．5 分子极化率(α)与萃取率以及透过率的关系

5．6 多组分有机酸类物质在甲基硅橡胶膜中的渗透萃取效果研究

5．6．1 低分子有机酸混合前后萃取率以及透过率的变化

5．6．2 低分子有机酸类混合液中各组分在不同时间的透过率

5．7 本章小结

6 回归方程的建立

6．1 有机物萃取率的回归模型

6．2 有机物透过率的回归模型

6．3 本章小结

7 结论与创新点及展望

7．1 结论

7．2 创新点

7．3 展望

致谢

参考文献

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