抗生素引起的水體污染問題備受關(guān)注。由于其在水體中的濃度非常低,傳統(tǒng)的絮凝劑對其去除能力有限。為此,需根據(jù)污染物的特征結(jié)構(gòu)設(shè)計含有特異性結(jié)合能力的官能團的絮凝劑。本論文利用疏水的苯丙氨酸和聚丙烯酰哌啶對殼聚糖進行改性,得到具有不同鏈結(jié)構(gòu)的適度疏水改性的絮凝劑,用于在共存天然有機物(NOMs)和懸浮顆粒物的水體中去除兩種典型微量水平的抗生素(諾氟沙星NOR和泰樂菌素TYL)。針對抗生素NOR和TYL的親/疏水特性及其結(jié)構(gòu)特點,首先合成了兩種具有不同分子結(jié)構(gòu)的苯丙氨酸(Phe)修飾的殼聚糖絮凝劑(線型CHS-Phe和梳狀CHS-PPhe),利用響應(yīng)曲面方法(RSM)分析了不同參數(shù)(pH、絮凝劑投加量以及kaolin和HA的濃度)對絮凝性能的影響并進行了參數(shù)優(yōu)化。結(jié)果表明,具有線型分子結(jié)構(gòu)的CHS-Phe顯示出比商業(yè)絮凝劑更高的抗生素去除效率,NOR和TYL在最有條件下的去除效率分別為76.19%和82.01%。相比之下,梳狀結(jié)構(gòu)(聚苯丙氨酸PolyPhe接枝到殼聚糖骨架上)的CHS-PPhe具有相同的Phe官能團,但表現(xiàn)出較差的絮凝性能,NOR和TYL的最大去除率分別僅為36.43%和40.46%。機理研究表明,對于線型CHS-Phe分子,引入的Phe基團與抗生素分子之間的靜電吸引作用、含π電子的相互作用以及氫鍵作用促進了絮凝劑的架橋作用和卷掃作用。然而,對于梳狀CHS-PPhe,過度疏水的polyPhe接枝鏈會發(fā)生聚集。盡管Phe-抗生素的相互作用仍然存在,但是暴露在外的絮凝位點大大減少。3D響應(yīng)表面分析表明,通過控制共存高嶺土和HA的濃度,以及pH和絮凝劑投加量,可獲得提升的絮凝性能。CHS-Phe對NOR和TYL展現(xiàn)出較好的絮凝效果,但是其合成過程中最終絮凝劑的疏水性不易控制,因此,接下來又通過先聚合再接枝的方法,得到了具有不同接枝鏈長的親/疏水可控的聚丙烯酰哌啶(PNAPD)改性的殼聚糖絮凝劑(依據(jù)接枝鏈長度不同,分別命名為:CS-g-PNAPD10,CS-g-PNAPD20和CS-g-PNAPD 30),并探究了 pH、絮凝劑投加量和鏈長結(jié)構(gòu)對其絮凝性能的影響。對于NOR模擬水樣,酸性條件有利于絮凝劑與污染物之間的電荷中和作用和氫鍵作用,同時疏水作用也促進了抗生素的去除,三種不同鏈長絮凝劑對NOR的最大去除率可達到75%、80%和85%。對于TYL模擬水樣,近中性條件有利于絮凝劑與污染物之間的電中和作用、H-鍵作用以及疏水作用,三種不同鏈長絮凝劑對TYL的最大去除率可達到70%、75%和70%。隨著鏈長的增加,絮凝性能逐漸增強,但是當(dāng)其鏈長達到一定程度時,增強的疏水性會使鏈長發(fā)生團聚屏蔽一部分作用位點,絮凝性能不再增強。苯丙氨酸對殼聚糖的改性不僅豐富了高分子絮凝劑分子結(jié)構(gòu)對污染物去除效果的認識,而且為實際操作中絮凝參數(shù)的調(diào)控提供了實質(zhì)指導(dǎo)。在實際應(yīng)用中,可以根據(jù)污染物的特征結(jié)構(gòu)尋找篩選其它生物可降解、無二次污染且含有豐富官能團的生物質(zhì)對殼聚糖等進行改性,以達到理想的去除效果。聚丙烯酰哌啶對殼聚糖的改性可通過控制PNAPD的鏈長制備各種特定親/疏水性的絮凝劑。這項工作豐富了分子設(shè)計的方法,可根據(jù)具體需要設(shè)計出特定親/疏水性的絮凝劑。同時,絮凝劑在實際水體中的應(yīng)用還需要更多的探索。
【學(xué)位單位】：南京師范大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：X52
【部分圖文】：

Ｆｉｇｕｒｅ邋１．１邋Ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ邋ｆｏｒｍｕｌａ邋ｏｆ邋ｃｈｉｔｏｓａｎ逡逑１．３殼聚糖的改性逡逑殼聚糖單體上的氨基能與羥基形成強作用的分子間氫鍵，氫鍵的作用使殼聚逡逑糖晶體結(jié)構(gòu)呈緊密狀態(tài)排列從而使得其只能溶于一些稀酸溶液，不溶于硫酸、磷逡逑酸等，也不能溶于中性或堿性溶液以及一般的有機溶劑。這在很大程度上地限制逡逑了它的應(yīng)用，因此，對殼聚糖進行化學(xué)改性，破壞它的晶體結(jié)構(gòu)、改善其溶解性逡逑是擴大殼聚糖的應(yīng)用范圍、更好地發(fā)揮其使用價值的重要途徑之一。此外，還可逡逑以提高其帶電荷性能，增強其與污染物之間的絡(luò)合能力，提高其架橋及卷掃去除逡逑能力。主要的化學(xué)改性方法包括：酰化反應(yīng)、羧基化反應(yīng)、酯化反應(yīng)、烷基化反逡逑應(yīng)、醚化反應(yīng)、希夫堿反應(yīng)、接枝共聚等＾６３１。逡逑�；磻�(yīng)：利用酰化試劑（如羧酸、酸酐、酰氯等）與殼聚糖分子鏈上的氨逡逑基或羥基上的活潑氫反應(yīng)，通過引入�；鶃砀纳茪ぞ厶堑娜芙庑裕郏叮矗荨ｅ义萧然男裕簤A性條件下，在殼聚糖分子鏈上的氨基或羥基上引入羧基，可逡逑［６５］

邐曰本Ｕ１ＶＡＣ－ＰＨＩ公司逡逑２．２．３絮凝劑ＣＨＳ－Ｐｈｅ和ＣＨＳ－ＰＰｈｅ的制備逡逑ＣＨＳ－Ｐｈｅ與ＣＨＳ－ＰＰｈｅ的制備路線如圖２．１所示：逡逑ＣＨＳ－Ｐｈｅ的制備過程：將１邋ｇ殼聚糖溶于１００邋ｍＬ邋１％邋ＨＣ丨中，然后將其ｐＨ逡逑調(diào)到５。將適量的４－二甲氨基吡啶（ＤＭＡＰ）和卜（３－二甲氨基丙基）－３－乙基碳二逡逑亞胺鹽酸鹽（ＥＤＣ）溶于２０ｍＬＮ，Ｎ－二甲基甲酰胺（ＤＭＦ）中，并將其加入到殼逡逑聚糖溶液中。反應(yīng)兩小時后，向其中逐滴加入１００ｍＬ０．５％的苯丙氨酸溶液，２５逡逑°Ｃ磁力攪拌反應(yīng)４小時。最后，將得到的產(chǎn)物倒入丙酮中沉淀，過濾洗滌，真逡逑空干燥２４小時。逡逑ＣＨＳ－ＰＰｈｅ的制備過程：將苯丙氨酸與分子篩干燥保存的乙酸乙酯（１邋ｇ／２０ｍＬ）逡逑攪拌升溫至８５°Ｃ，加入１邋ｍｏｌ當(dāng)量三光氣，氮氣保護下恒溫反應(yīng)；２邋ｈ，至溶液澄逡逑清透明后停止加熱，繼續(xù)通入氮氣d拱璋胄∈�，同时冷却至室螖n源黨霾杏喙忮義掀肼然�。将窂摩液倒入４倍体积冰o母稍锏惱和櫓�，充芳垵i杌旌�，放入辶x媳

本文編號：2820183