具有同时吸附阳、阴离子污染物和抗菌性能的改性硅胶的制备及性能研究

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本文以硅胶为基质,通过对其进行氨基修饰并与季铵盐、三聚氯氰、二乙烯三胺反应得到改性硅胶吸附剂SG-NH-NH-NH2、SG-QA、SG-TCT、SG-DETA,并通过FT-IR、TGA等对改性硅胶吸附剂进行表征分析。为了方便地利用外磁场分离技术提高吸附剂的回收利用效率,本文又以Fe3O4@SiO2为载体,通过对其进行氨基修饰并与季铵盐、三聚氯氰、三乙烯四胺反应得到磁性吸附剂Fe3O4@SiO2-NH-NH-NH2、Fe3O4@SiO2-QA、Fe3O4@SiO2-TCT和Fe3O4@SiO2-TETA,并通过FT-IR、TGA、TEM、XRD等对吸附剂进行表征分析。通过pH、温度、阳-阴离子竞争吸附研究了吸附剂对阳离子和阳离子的吸附行为,并用吸附热力学和吸附动力学描述了SG-DETA和Fe3O4@SiO2-TETA对Cu2+、SO42-、Cr2O72-和AOⅡ的吸附模型。采用平板计数法研究了吸附剂对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能。主要得出以下结论:
  (1)SG-DETA与SG-QA和SG-TCT相比对金属阳离子和阴离子具有更强的吸附能力,当Cu2+、Cd2+、Co2+、Mn2+、Ni2+同时存在时SG-DETA只对Cu2+有吸附,当SO42-、NO3-和Cl-同时存在时,SG-DETA对Cl-没有吸附,而对SO42-的吸附量大于NO3-;SG-DETA对Cu2+、SO42-、Cr2O72-和AOⅡ的吸附过程都属于自发吸热过程;SG-DETA对Cu2+、SO42-、Cr2O72-、AOⅡ的动力学吸附和热力学吸附符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,SG-DETA对Cu2+、SO42-、Cr2O72-、AOⅡ的最大吸附量分别为25.36mg/g、62.91mg/g、144.09mg/g和133.75mg/g;SG-DETA与SG-NH-NH-NH2相比,SG-DETA对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现出较强的抗菌性。SG-DETA对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最小杀菌浓度分别为16mg/mL、2.4mg/mL。
  (2)Fe3O4@SiO2-TETA与Fe3O4@SiO2-QA和Fe3O4@SiO2-TCT相比对Cu2+具有更强的吸附能力;当Cu2+、Cd2+、Co2+、Mn2+、Ni2+同时存在时Fe3O4@SiO2-TETA只对Cu2+有吸附;当SO42-、NO3-和Cl-同时存在时Fe3O4@SiO2-TETA对Cl-没有吸附,而对SO42-的吸附量大于NO3-;Fe3O4@SiO2-TETA对Cu2+、SO42-、Cr2O72-和AOⅡ的吸附过程都属于自发吸热过程;Fe3O4@SiO2-TETA对Cu2+、SO42-、Cr2O72-和AOⅡ的动力学吸附和热力学吸附分别符合准二级动力学模型和Langmuir等温吸附模型,最大吸附量分别为22.24mg/g、53.63mg/g、144.1mg/g和112.62mg/g;Fe3O4@SiO2-TETA与Fe3O4@SiO2-NH-NH-NH2相比,Fe3O4@SiO2-TETA对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现出较强的抗菌性。Fe3O4@SiO2-TETA对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的最小杀菌浓度分别为20mg/mL、3.2mg/mL。
  (3)本研究结果可以为制备同时吸附阴、阳离子污染物以及具有抗菌性能的多功能材料提供借鉴。
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