生物基聚酯功能微球的制备及应用

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煤化工废水中污染物种类繁多、浓度高且难降解,传统煤化工废水处理工艺的出水难以达到国家排放标准。煤化工废水经预处理后仍会存在苯酚及氯离子等污染物,这些污染物的存在会影响后续生化处理的效果。因此针对处理后水中残留的苯酚及氯离子污染物,利用生物基聚酯聚乳酸(PLA)制备高效且环保经济的吸附材料,旨在通过温和的工艺实现对预处理废水的高效综合治理。主要工作如下:(1)对PLA进行降解及改性研究。在二月桂酸二丁基锡催化作用下,利用乙二醇对PLA进行降解,合成具有特定端羟基的PLA遥爪聚合物(PLA-diol);在引发剂过氧化苯甲酰作用下,利用马来酸酐(MAH)对不同分子量的PLA-diol进行接枝改性,得到改性聚乳酸(MPLA),通过红外和核磁氢谱确认其结构。实验结果表明,PLA遥爪聚合物分子量随着醇解时间的增加而降低,且当醇解时间为1 h,催化剂加量为反应原料总质量的1%时,产物分子量从4×10~4下降至7.3×10~3,此时与MAH发生反应,接枝率可高达24.99%,PLA热稳定性和亲水性均得到改善。(2)采用O/W乳化-溶剂挥发法制备MPLA纳米微球。通过单因素分析及正交实验得到制备微球的最优工艺:MPLA浓度15 mg/m L,二氯甲烷为有机相,Tween20(浓度8 mg/m L)与聚乙烯醇(PVA)(浓度6 mg/m L)的混合液为乳化剂,有机相与水相之比1:10,高剪切速度8000 rpm,高剪切时间4 min,搅拌速度500 rpm,在室温条件下制备微球。经扫描电镜观察,微球形态完整,表面光滑,粒径均匀,呈现为较好的球形。(3)在MPLA微球制备工艺的基础上,采用MPLA掺杂Zn/Al水滑石制备微球。先用共沉淀法制备Zn/Al水滑石,然后使用O/W乳化-溶剂挥发法制备掺杂Zn/Al水滑石的MPLA微球。吸附实验结果表明,在20℃时,微球的最大吸附容量接近50 mg/g,最大去除率接近35%;在50℃时,微球的最大吸附容量接近66 mg/g,最大去除率接近57%。采用动力学及热力学吸附研究微球对氯离子的吸附速率和吸附机理,结果表明该吸附符合准二级动力学吸附模型及Langmuir等温吸附方程,微球对氯离子的吸附为表面单分子层化学吸附。(4)制备可再生分子印迹微球。以苯酚为模板分子,丙烯酰胺(AM)为功能单体,乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)为交联剂,引入MPLA及Zn/Al水滑石,采用沉淀聚合法制备了苯酚分子印迹聚合物(MIPs)及非分子印迹聚合物(NIPs)。通过单因素分析及正交实验得到制备微球的最优工艺:n(苯酚):n(AM):n(MPLA):n(EGDMA)=1:5:3:15,并掺杂少量Zn/Al水滑石。吸附实验结果表明,MIPs及NIPs对苯酚的吸附量分别为30.53 mg/g及5.31 mg/g,与NIPs相比,MIPs对苯酚的吸附除了物理吸附外,还存在孔穴对苯酚的特异性吸附,该吸附更符合准二级动力学方程及Freunlich等温吸附方程。MIPs在模拟煤化工废水中对苯酚的去除率可达99.92%,MIPs中含有一定量的Zn/Al水滑石,故MIPs在特异性吸附苯酚的同时,对痕量氯离子也有一定的吸附作用,该印迹聚合物可综合吸附脱除预处理后煤化工废水中的苯酚及氯离子污染物。
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