發(fā)布時(shí)間：2020-04-11 17:43

【摘要】：近年來,水體中檢測(cè)出一類新興污染物:藥品與個(gè)人護(hù)理品(PPCPs),其具有生物積累性、持久性、生態(tài)毒性,并可通過食物鏈和飲用水富集在體內(nèi)危害生態(tài)環(huán)境和身體健康。據(jù)報(bào)道,非甾體抗炎藥(NSAIDs)和抗生素對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成的危害尤為突出,布洛芬(Ibuprofen)作為一種被廣泛使用的NSAIDs,具有抗炎、鎮(zhèn)痛、解熱等作用。研究發(fā)現(xiàn),水體中即使含有極低濃度的布洛芬也會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境造成較大影響。因此,迫切需要尋找一種方法對(duì)水環(huán)境中殘留的布洛芬進(jìn)行有效的分離富集。膜分離技術(shù)(MST)作為一門跨學(xué)科的高新技術(shù),具有操作方便、耗能低、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)使其得到了長足發(fā)展。特別是90年代以后,MST廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、化工、食品、生物工程、能源工程等領(lǐng)域。但是,在膜使用過程中,一些大分子物質(zhì)容易堵塞膜孔并附著在膜表面,導(dǎo)致膜通量不可逆降低進(jìn)而造成膜的使用壽命顯著下降。因此,膜污染問題已成為制約MST發(fā)展的關(guān)鍵因素。據(jù)報(bào)道,多巴胺(DA)具有優(yōu)良的親水性和自聚合性,利用DA對(duì)膜材料進(jìn)行親水改性以提高膜材料內(nèi)部與表面的親水性。同時(shí),DA自聚合形成聚多巴胺(pDA)可以作為一個(gè)多功能次級(jí)反應(yīng)平臺(tái)附著在納米粒子表面形成均勻的pDA層,基于這種DA的納米復(fù)合改性技術(shù)避免了納米粒子在膜材料表面或內(nèi)部發(fā)生團(tuán)聚,從而提高膜材料的綜合性能。與其他分離技術(shù)相比,MST具有明顯的優(yōu)勢(shì),但常規(guī)的MST只能分離某一類物質(zhì)而無法對(duì)特定分子實(shí)現(xiàn)選擇性分離,因此,亟需制備一種簡單、有效且選擇性高的新型膜分離技術(shù)用于解決上訴問題。于此背景條件下,兼具M(jìn)ST和分子印跡技術(shù)(MIT)優(yōu)點(diǎn)的分子印跡膜(MIMs)應(yīng)運(yùn)而生,MIMs實(shí)現(xiàn)了將特定分子從其結(jié)構(gòu)類似物的混合溶液中進(jìn)行有效分離。因此,將MIMs與pDA改性技術(shù)相結(jié)合制備仿生分子印跡納米復(fù)合膜,對(duì)膜材料的選擇性、滲透性、再生性具有重要意義。本論文將DA自聚-復(fù)合技術(shù)、納米復(fù)合改性技術(shù)與分子印跡膜技術(shù)相結(jié)合,設(shè)計(jì)并制備了具有高選擇性和再生性的仿生分子印跡納米復(fù)合膜用于布洛芬的選擇性分離和機(jī)理研究。利用DA自聚合技術(shù)對(duì)不同的納米粒子進(jìn)行改性并摻雜到基膜中制備納米復(fù)合膜,然后以布洛芬為模板分子,采用不同的表面印跡技術(shù)仿生合成分子印跡納米復(fù)合膜。利用不同的分析測(cè)試手段:掃描電子顯微鏡(SEM)、透射電子顯微鏡(TEM)、原子力電子顯微鏡(AFM)、X射線光電子能譜儀(XPS)、X射線衍射儀(XRD)和傅里葉變換紅外光譜(FT-IR)對(duì)合成的納米粒子與膜材料的表面形貌、微觀結(jié)構(gòu)、元素組成和成鍵方式等進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和分析。將制備的仿生分子印跡納米復(fù)合膜用于布洛芬的動(dòng)力學(xué)吸附、熱力學(xué)吸附并對(duì)其傳質(zhì)過程進(jìn)行了深入研究,并建立了相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)模型,闡述了可能的傳質(zhì)機(jī)理。本論文的主要研究結(jié)果如下:1.基于金@聚苯胺摻雜的分子印跡納米復(fù)合膜的制備及其用于布洛芬的選擇性分離富集研究以PVDF為基膜,首先合成Au@polyaniline納米復(fù)合材料并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理,然后摻雜到PVDF中制備納米復(fù)合膜。分別以布洛芬、AM、EGDMA和Br-Au@polyaniline為模板分子、功能單體、交聯(lián)劑和引發(fā)劑,利用ATRP技術(shù)制備新型分子印跡納米復(fù)合膜(MINcMs)。詳細(xì)研究了不同膜材料的表面形貌、吸附性能、滲透性能和選擇識(shí)別性能。結(jié)果表明,制備的MINcMs對(duì)布洛芬的吸附量是NINcMs的四倍且選擇性因子達(dá)到4.67。根據(jù)選擇滲透性實(shí)驗(yàn):MINcMs對(duì)布洛芬的選擇滲透性因子達(dá)8.74。同時(shí)揭示了MINcMs可能的傳質(zhì)機(jī)理。此外,基于對(duì)布洛芬高選擇吸附與分離使得MINMs對(duì)水體中布洛芬的分離富集具有廣泛的應(yīng)用前景。2.基于樹枝狀A(yù)g-微球仿生合成分子印跡納米復(fù)合膜用于布洛芬的高選擇性吸附分離研究DA改性過程操作簡單、條件溫和,利用pDA@GO納米片作為高度可調(diào)節(jié)的活性域摻雜到PVDF中通過相轉(zhuǎn)換過程合成納米復(fù)合膜,通過還原Ag~+得到樹突狀3D Ag-微球以增加膜材料的綜合性能。最后分別以布洛芬、APTES、TEOS和NH_3.H_2O為模板分子、功能單體、交聯(lián)劑和催化劑,利用sol-gel技術(shù)合成基于布洛芬高選擇性吸附分離的仿生分子印跡納米復(fù)合膜(MINMs)。利用多種表征手段考查了不同膜材料的表面形貌、吸附性能、滲透性能和選擇識(shí)別性能,結(jié)果表明,合成的MINMs的親水性及水通量明顯提高,通過優(yōu)化合成條件,考察了膜材料對(duì)布洛芬的最佳吸附性能并篩選得到最優(yōu)印跡條件。合成的MINMs對(duì)布洛芬具有較高的吸附量(61.55 mg g~(-1))與較強(qiáng)的選擇性分離能力(選擇滲透性因子β_(ketoprofen/ibuprofen)與β_(naproxen sodium/ibuprofen)達(dá)到6.55和6.63)。這對(duì)布洛芬的分離起到了極大地推動(dòng)作用,這種基于布洛芬仿生合成的高選擇性膜材料使得MINMs具有極大的應(yīng)用價(jià)值。3.基于pDA@TiO_2功能性納米粒子仿生合成分子印跡納米復(fù)合膜及其選擇性分離布洛芬的性能研究以提升膜材料的分離能力為目的,首先合成TiO_2納米粒子,結(jié)合DA改性技術(shù),將制備的pDA@TiO_2功能性納米粒子摻雜到多孔的PVDF中制備納米復(fù)合膜,分別以布洛芬、APTES、TEOS和NH_3.H_2O為模板分子、功能單體、交聯(lián)劑和催化劑,利用sol-gel技術(shù)合成了高選擇性吸附和分離的布洛芬印跡納米復(fù)合膜(IINCMs)。應(yīng)用多種表征手段考查了pDA@TiO_2和不同膜材料的表面結(jié)構(gòu)、吸附性能、滲透性能和選擇識(shí)別性能。結(jié)果表明,合成的IINCMs的親水性明顯提高,同時(shí),IINCMs具有較高的吸附量(42.14 mg g~(-1))和優(yōu)異的選擇性分離能力。最后,這種布洛芬高選擇性吸附分離性能使得IINCMs在醫(yī)藥、生物大分子、色譜技術(shù)等分離方面具有重要的應(yīng)用價(jià)值。
【圖文】：

圖 1.1 布洛芬（a），酮洛芬（b），萘普生（c）的化學(xué)結(jié)構(gòu)式Fig. 1.1 Chemical structure formula of Ibuprofen (a), ketoprofen (b), naproxen (c)布洛芬[22]（化學(xué)式如圖 1.1 所示）是世界衛(wèi)生組織、美國 FDA 唯一共兒童退燒藥，是公認(rèn)的首選抗炎藥，兼具鎮(zhèn)痛、消炎、解熱等作用，因解熱、鎮(zhèn)痛作用遠(yuǎn)比阿司匹林、撲熱息痛強(qiáng)且副作用較小，而倍受醫(yī)生的青睞，成為非甾體抗炎藥中應(yīng)用最廣泛的藥物之一。布洛芬的鎮(zhèn)痛、機(jī)制是通過抑制花生四烯酸的代謝物-環(huán)氧化酶而減少炎癥介質(zhì)進(jìn)而抑素的合成。適用于各種關(guān)節(jié)腫痛、發(fā)熱、風(fēng)濕/類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和神經(jīng)的治療。 布洛芬分離的必要性關(guān)節(jié)炎是一百多種關(guān)節(jié)疾病的統(tǒng)稱，它能引起關(guān)節(jié)疼痛、腫脹，導(dǎo)致關(guān)限，甚至喪失關(guān)節(jié)活動(dòng)。主要包括風(fēng)濕、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、強(qiáng)直性脊節(jié)炎等，治愈率較小且致殘率相對(duì)較高。以美國為例，大約有 4000 萬

圖 1.2 關(guān)節(jié)炎的治療藥物分布比例Fig. 1.2 Treatment drugs distribution proportion of arthrit熱方面的應(yīng)用亦較廣泛[25]，據(jù)資料顯示，布洛多一倍左右，如今，布洛芬的需求得到飛速發(fā)展洛芬在生產(chǎn)和使用過程中會(huì)經(jīng)過多種途徑進(jìn)入環(huán)染物。其中，制藥廢水和生活污水是導(dǎo)致布洛拿大污水處理廠檢測(cè)出布洛芬的含量高達(dá) 75 ug洛芬的含量為 0.03-0.41ug L-1[27]，而對(duì)日本生活竟高達(dá) 2.5 mg L-1[28]。由于布洛芬的降解周期較若不加以處理直接流入土壤、水體等生態(tài)系統(tǒng)，，芬會(huì)富集在體內(nèi)對(duì)人體造成直接危害。此外，土物生長遭到嚴(yán)重破壞，進(jìn)而威脅生態(tài)系統(tǒng)平衡。效方法已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)問題。
【學(xué)位授予單位】：廣東藥科大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：X52

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2623862