论文部分内容阅读
头孢类抗生素是一种被广泛应用的抗生素药物,其在水环境中残留对人类健康和生态环境造成了很大危害。沸石咪唑骨架材料(ZIFs)因其具有高稳定性、大比表面积和高孔隙率等理化性质,在吸附领域逐渐受到更多关注。目前已成功合成多种ZIFs材料并被广泛应用,但其孔道结构是限制其吸附大分子污染物的重要因素。本文旨在改善ZIFs孔道结构并负载磁性颗粒,用于水环境中痕量的抗生素吸附去除。本文首先研究了以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)和十二酸钠(SL)为模板剂制备孔径可调控的ZIF-8材料,继而制备Fe3O4@SiO2微粒并负载在ZIF-8上使其具有磁性,以方便回收利用;并通过多种测试方法对吸附剂进行表征。结果显示本实验成功合成Fe3O4@SiO2@ZIF-8材料,粒径均匀且稳定性高;模板剂的适量添加会使吸附量有所提高,并且使材料孔径由2.07 nm增至10.01 nm。吸附剂表面负载的磁性Fe3O4@SiO2微粒使其表现较强磁性。而且模板剂的引入使吸附剂材料表面增加了大量O-H、C=O、C=N、N-H、C-N等官能团,对吸附有一定的促进效果。吸附试验结果表明,吸附量在孔径为5.17 nm左右时达到最大,并在15 min左右时已达到吸附平衡。而且考察多种影响因素对Fe3O4@SiO2@ZIF-8吸附头孢他啶的影响,吸附量随溶液初始pH、温度和离子强度变化呈现先增加后减少的趋势,腐殖酸的加入会使吸附量有所降低。用响应曲面法对温度、初始溶液pH、离子强度三个因素进行优化,在吸附条件为:吸附温度294.62 K、初始pH值为6.27、离子强度为0.37 g-L-1时吸附效果最佳,对1 mg·L-1头孢他啶溶液吸附量达到96.84 mg·g-1。多次再生实验也表明,Fe3O4@SiO2@ZIF-8具有良好的循环利用性,五次利用率仍达90%以上。在不同温度下,头孢他啶在Fe3O4@SiO2@ZIF-8上的吸附符合伪二级动力学模型,且拟合所得吸附量与实际值相差较小。颗粒内扩散模型拟合表明该吸附过程是一个多步控速的过程。且该过程较好地满足Sips等温吸附模型,表明该Fe304@SiO2@ZIF-8吸附头孢他啶不仅有单层吸附,也有部分多层吸附。吸附热力学研究显示该吸附过程自发且放热。通过建立QSPR模型,分析Fe3O4@SiO2@ZIF-8对8种头孢类抗生素的吸附数据表明,吸附性能与抗生素的相对分子质量成负相关,与极性表面积、摩尔体积和密度成正相关。