本文選題：普魯士藍　切入點：聚乳酸　出處：《哈爾濱工業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：核電事業(yè)的快速發(fā)展,造成大量的放射性廢水排放到水環(huán)境中,對環(huán)境和人類健康產(chǎn)生威脅。作為放射性廢水的主要成分,銫離子的污染日益嚴重。納米普魯士藍(PB NPs)對銫離子有特異的吸附能力,近年來作為吸附劑應(yīng)用在含銫廢水的凈化,但是實際應(yīng)用中卻發(fā)現(xiàn)納米普魯士藍容易聚集、分離困難,易給環(huán)境帶來次生污染。另外,納米普魯士藍的生物毒性缺少系統(tǒng)性的深入研究,這給納米普魯士藍的推廣應(yīng)用和水環(huán)境安全帶來隱患。本文以生物可降解的聚乳酸作為納米普魯士藍的載體,構(gòu)建了普魯士藍納米粒子與聚乳酸微球的復(fù)合體,在此基礎(chǔ)上設(shè)計了可分離式的磁性普魯士藍納米球吸附劑用于水中銫的去除,考察溫度、pH、時間和初始濃度等因素對去除銫離子的影響,利用吸附等溫線、吸附動力學(xué)與吸附熱力學(xué)方程研究吸附機理。并系統(tǒng)地研究了不同粒徑和不同化學(xué)組成的納米普魯士藍的生物毒性,評價它們的生物安全性,為含銫等放射性廢水處理和環(huán)境安全奠定了理論基礎(chǔ)和基本保障。在聚乳酸微球表面固定納米普魯士藍,構(gòu)建了普魯士藍微球(PB-MCs)進行吸附水中銫離子。PB-MCs為規(guī)則球形,平均粒徑是2.31±0.04μm,鐵元素含量為5.11±0.54%。在293 K時,PB-MCs可將濃度為40mg/L的銫離子溶液降至12mg/L,銫離子的去除率達到70.26%,吸附量為4.01mg/g。PB-MCs的最佳pH范圍為5~9,吸附平衡時間為120 min,對銫離子最大吸附容量為4.85 mg/g,等溫吸附過程符合朗格繆爾模型;吸附動力學(xué)符合準(zhǔn)二級擬合模型;吸附過程受到顆粒內(nèi)擴散步驟控制。吸附過程是自發(fā)進行的,屬于吸熱反應(yīng)。進一步增強吸附效能和分離特性,以聚乳酸納米球做為載體,設(shè)計了靶向分離的磁性普魯士藍納米球(MPBNs),內(nèi)部包埋順磁性四氧化三鐵納米粒子,表面負載納米普魯士藍。MPBNs為球形,粒徑是268.2±1.4 nm,鐵元素含量為40.01%,飽和磁化強度為41.71 emu/g,可以通過磁分離回收。在293K時,MPBNs可使?jié)舛葹?0mg/L的銫離子溶液降至4.8mg/L,銫離子的去除率達到82.46%,吸附量為16.49 mg/g。MPBNs對銫離子吸附的最優(yōu)pH為5~9,吸附平衡時間為60 min,最大的吸附容量為17.03mg/g,與PB-MCs相比,吸附效能得到顯著增強。此外,MPBNs通過外加磁場快速分離,吸附過程是吸熱反應(yīng);吸附等溫線適合弗蘭德里希模型;吸附動力學(xué)符合準(zhǔn)二級擬合模型;吸附過程受到顆粒內(nèi)擴散步驟控制。為使納米普魯士藍能夠安全地用于含銫廢水處理中,開展了不同普魯士藍納米材料的生物毒性研究,依次合成了不同粒徑(15 nm、25 nm、45 nm、85 nm)和不同化學(xué)組分(Fe3O4@PB NPs和Au@PB NPs)的納米普魯士藍進行毒性比較。細胞實驗表明,不同形式的納米普魯士藍對細胞生長影響具有一定的尺寸、時間和濃度依賴效應(yīng)。細胞電鏡實驗捕捉到納米普魯士藍以胞飲方式進入細胞,可以單個和簇狀分布在細胞中,使細胞形態(tài)發(fā)生改變,其中Fe3O4@PB NPs能進入到細胞核中,被細胞攝入最多。動物實驗表明:小鼠尾靜脈注射35mg/kg的一個月內(nèi),不同形式的納米普魯士藍沒有對小鼠的組織產(chǎn)生損傷,未產(chǎn)生毒性作用,可以安全有效地應(yīng)用于含銫等污水處理中。本論文研制了普魯士藍微球和磁性普魯士藍納米球吸附劑,兼具分離和吸附銫離子的特性,在放射性污水處理中有廣闊前景。通過對納米普魯士藍的生物毒性比較研究發(fā)現(xiàn),在小于35mg/kg的注射劑量內(nèi),不同形式的納米普魯士藍在細胞水平和組織水平?jīng)]有改變生物學(xué)特征。因此,普魯士藍納米材料吸附劑為環(huán)境領(lǐng)域提供了一類更加安全高效的材料,為實際含銫廢水的處理提供了技術(shù)保障和理論基礎(chǔ)。
[Abstract]:The rapid development of nuclear power industry, causing large amounts of radioactive wastewater discharged into the aquatic environment, pose a threat to human health and environment. As the main component of radioactive wastewater, cesium ion pollution is becoming increasingly serious. Nano Prussian blue (PB NPs) has a specific adsorption capacity of cesium ion in recent years, as the adsorbent in the purification of cesium containing wastewater, but in practice found that nano Prussian blue easy aggregation, difficult separation, easy to bring secondary pollution. In addition, the lack of systematic research of the biological toxicity of nano Prussian blue, which brings hidden trouble to the popularization and application of nano Prussian blue and water environment safety. The biodegradable polylactic acid as the carrier of nano Prussian blue, Prussian blue nanoparticles and constructed the polylactic acid microspheres complex, on the basis of the design of the Prussian blue nano magnetic separation type ball Adsorbent for water cesium removal effects of temperature, pH, influencing factors, time and initial concentration on the removal of cesium ions, the adsorption isotherm, adsorption kinetics and adsorption thermodynamics equation of adsorption mechanism. And studied the biological toxicity of Prussian blue nanoparticles of different size and chemical composition, biological safety evaluation they laid the basic guarantee, and the theoretical basis for containing cesium and other radioactive wastewater treatment and environmental safety. In poly lactic acid microspheres immobilized surface of Prussian blue, Lan Weiqiu constructed the Prussian (PB-MCs) adsorption water cesium ion.PB-MCs regular sphere, the average particle size is 2.31 + 0.04 m, the iron content is 5.11 in 293 K + 0.54%., PB-MCs the concentration of cesium ion solution of 40mg/L to 12mg/L, cesium ion removal rate reached 70.26%, the adsorption capacity for the best pH 4.01mg/g.PB-MCs range is 5~9, adsorption The equilibrium time is 120 min, the maximum adsorption capacity of cesium ion is 4.85 mg/g, the isothermal adsorption process with the Langmuir model; the adsorption kinetics of the quasi two level fitting model; the adsorption process by intra particle diffusion control. The adsorption process was spontaneous and endothermic reaction. To further enhance the adsorption efficiency and separation characteristics of poly lactic acid nanoparticles as carrier, the design of targeted magnetic nanoparticles separation of Prussian blue (MPBNs), encapsulated paramagnetic magnetic ferroferric oxide nano particles, surface loaded nano Prussian blue.MPBNs spherical particle size is 268.2 + 1.4 nm, the iron content is 40.01%, the saturation magnetization is 41.71 emu/g, the magnetic separation and recovery in 293K, MPBNs can make the concentration of cesium ion solution of 40mg/L to 4.8mg/L, cesium ion removal rate reached 82.46%, the adsorption capacity for optimal pH 16.49 mg/g.MPBNs for cesium ion adsorption For 5~9, the adsorption equilibrium time is 60 min, the maximum adsorption capacity is 17.03mg/g, compared with PB-MCs, the adsorption efficiency was significantly enhanced. In addition, MPBNs rapid separation by external magnetic field, the adsorption process is endothermic reaction; adsorption isotherms for the Fran Freiderich model; dynamic adsorption accords with the quasi two stage model; the adsorption process by particle diffusion step control. The nano Prussian blue can be safely used in the treatment of wastewater containing cesium, carried out the study on biological toxicity of different Prussian blue nano materials, followed by the synthesis of different size (15 nm, 25 nm, 45 nm, 85 nm) and different chemical components (Fe3O4@PB NPs and Au@PB NPs) nano Prussian blue. Cell toxicity experiments showed that nano Prussian blue with different forms of a certain size effect on cell growth, cell concentration and time dependent effect. The experimental electron microscope to capture nano Prew People in blue pinocytosis into cells, and can be a single cluster distribution in cells, the changes in cell morphology, in which Fe3O4@PB NPs can enter into the nucleus, cell intake most. Animal experiments show that: a month mice tail vein injection of 35mg/kg in nano Prussian blue in different forms of mice tissue injury, no toxicity, safety can be effectively applied to containing cesium and other wastewater treatment. This paper developed the Prussian blue microspheres and magnetic nanoparticles of Prussian blue adsorbent, with characteristics of separation and adsorption of cesium ions, has broad prospects in radioactive wastewater treatment. Through the comparative study on biological toxicity of nanoparticles Prussian blue was found in the injection amount is less than 35mg/kg, nano Prussian blue different forms did not change the biological characteristics at the cellular level and organization level. Therefore, the Prussian blue nano Material adsorbents provide a kind of more safe and efficient materials in the field of environment. It provides a technical support and theoretical basis for the treatment of actual cesium containing wastewater.

【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：X771;TB383.1;O647.3

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本文編號：1650385