【摘要】：抗生素的濫用造成了環(huán)境水體中抗生素的長期存在,呈持久污染物狀,給生態(tài)系統(tǒng)和人類健康帶來嚴重危害,因此環(huán)境水體中的抗生素殘留亟需去除。吸附法具有易操作、低成本、高效率和不產生高毒性的副產物等優(yōu)點,已廣泛應用于抗生素廢水的處理。在眾多吸附材料中,生物質材料具有價廉易得、無毒、生物相容性好和可生物降解性等特點,但其機械強度穩(wěn)定性較差且難以回收再利用。通過對生物質材料化學修飾和引入易于分離回收的磁性材料能解決上述問題。雖然吸附可以達到去除抗生素殘留物的目的,僅是將其從一種相轉移到另一種相中,尚不能將其徹底礦化,不能實現(xiàn)抗生素污水的深度去除。光催化技術具有運行成本低、對環(huán)境友好、二次污染小等優(yōu)點,在深度治理環(huán)境抗生素廢水方面得到了廣泛應用。在眾多光催化材料中,TiO_2、Zn Fe_2O_4等無機材料具有制備簡便、穩(wěn)定性好等特點,但這些單一的光催化材料的光催化活性較低等問題嚴重限制了其應用。通過負載和復合的方法能很好解決上述問題。因此,制備具有較好穩(wěn)定性的磁性復合吸附材料和和高效光催化活性的復合光催化材料成為了去除環(huán)境中抗生素殘留物的關鍵。據(jù)此,本論文通過對殼聚糖等生物質材料進行修飾改性,并結合磁性分離技術,制備具有磁分離能力和較高吸附容量的多種復合吸附材料;利用摻雜改性、負載、復合等手段制備具有較高光催化活性和穩(wěn)定性的復合光催化劑,實現(xiàn)對水環(huán)境中抗生素的高效率去除。通過對復合吸附材料和復合光催化劑進行一系列表征分析、性能測試和機理討論實驗,闡明其物化特性、吸附行為和光催化降解機理等。本工作主要包括以下四方面的內容:1.磁性殼聚糖基復合微球的制備及其去除抗生素行為研究(1)采用乳化交聯(lián)法制備了具有磁分離能力的CTS/HNTs磁性復合微球。通過FT-IR、VSM、XRD、TEM和SEM等手段,對其物理化學性質進行分析和表征;其吸附性能通過去除溶液中的TC進行考察并探討TC溶液初始濃度、溫度、溶液初始pH值和吸附劑用量等因素對TC吸附容量的影響。結果表明:在一定反應條件下,吸附的最佳初始pH值為pH=5.0,吸附容量隨溫度的增加而增加。采用Langmuir模型和準二級動力學方程分別分析吸附過程的吸附平衡和動力學特征。在外加磁場作用下,CTS/HNTs磁性復合微球能較容易的從溶液中分離出來,顯示出較好的磁分離特性。吸附-脫吸附實驗顯示吸附劑的吸附容量沒有明顯減少,表明所制備的吸附劑具有較好的穩(wěn)定性。(2)采用乳化交聯(lián)法制備了具有磁分離能力的CTS/高嶺土/Fe_3O_4磁性復合微球吸附劑,其理化性能通過FT-IR、VSM、XRD、EDS、TGA、TEM和SEM等手段進行分析,通過吸附水溶液中CIP研究其吸附性能并探討吸附劑用量、溶液的初始pH值和CIP初始濃度等因素對環(huán)丙沙星吸附效果的影響。結果表明:在一定反應條件下,初始pH值為pH=6,吸附劑添加量為15 mg時,吸附劑具有最大的吸附容量。吸附平衡和動力學過程遵循Langmuir模型和準二級動力學方程。4次吸附-解吸附實驗顯示吸附劑的吸附能力沒有明顯減少,可磁回收重復利用。2.表面分子印跡生物質基磁性復合材料的設計及性能研究(1)以CAP為模板分子,通過原位沉淀聚合反應制備核殼式磁性殼聚糖分子印跡聚合物。通過SEM、TEM、VSM、XRD、FTIR和TGA等手段對制備的印跡聚合物的理化性質進行表征。吸附實驗表明:吸附平衡和動力學過程遵循Langmuir模型和準二級動力學方程。選擇性吸附實驗表明所制備的磁性殼聚糖分子印跡聚合物對CAP顯示特定的識別和選擇能力,并具有良好的穩(wěn)定性和再生性能。(2)通過沉淀聚合法制備了一種具有熱響應型的核殼式磁性酵母分子印跡聚合物,并將其應用于溶液中TC的選擇性吸附。通過SEM、TEM、VSM、XRD、FTIR和TGA等手段對制備的TMMIPs的理化性質進行表征。采用Langmuir模型和準二級動力學方程分析吸附過程的平衡和動力學特征。TMMIPs表現(xiàn)出磁敏性、磁穩(wěn)定性和熱敏性等性能。通過改變環(huán)境溫度實現(xiàn)TMMIPs對TC的可逆識別和釋放。選擇性實驗表明:TMMIPs具有良好的選擇性。3.碳基載體鐵酸鹽復合光催化材料的構筑及降解抗生素行為研究(1)采用水熱法制備了Ni_xZn_(1-x) Fe_2O_4/CNTs復合光催化劑。利用XRD、Raman、TGA、FT-IR、UV-vis、VSM、SEM、PL和TEM等手段對樣品的理化性質進行表征。探討水熱反應時間對形成鐵酸鹽晶型的影響�？疾炝瞬煌琋i摻雜量對Ni_xZn_(1-x) Fe_2O_4光催化劑及不同CNTs含量的Ni0.5Zn0.5Fe_2O_4/CNTs復合光催化劑對降解TC廢水的影響。結果表明:CNTs的含量為5%時,Ni0.5Zn0.5Fe_2O_4/CNTs復合光催化劑具有較高的光催化活性,對TC的降解率可達到96%。經過4次光催化降解實驗后,復合光催化劑仍然保持較高的光催化活性,復合光催化劑的穩(wěn)定性較好。(2)采用水熱合成法制備了可見光驅動的g-C_3N_4/Zn Fe_2O_4異質結復合光催化劑。通過XRD、SEM和TEM、XPS、UV-vis、PL、BET和FT-IR等手段對所制備的復合材料的組成、結構、形態(tài)和光學特性等理化性質進行表征�？疾炝瞬煌壤M合的g-C_3N_4/Zn Fe_2O_4異質結復合光催化劑對螺旋霉素廢水的光催化降解性能,探討了復合光催化劑光降解螺旋霉素的動力學行為和光催化降解機理。結果表明:在可見光照射下,質量分數(shù)1:2的g-C_3N_4/Zn Fe_2O_4異質結復合光催化劑具有較高的光催化活性,光降解螺旋霉素效率可達95%。經過五次光催化降解實驗后,復合光催化劑仍然保持較高的光催化活性,進一步表明復合光催化劑具有穩(wěn)定性強、抗光腐蝕能力好和易回收利用的特點。4.TiO_2基復合光催化劑的設計及光解抗生素性能研究(1)首先通過溶膠-凝膠法和煅燒法分別制備了B-Ni-TiO_2和g-C_3N_4光催化劑,再懫用加熱回流法制備了不同比例的B-Ni-TiO_2與g-C_3N_4的復合光催化劑。利用XRD、UV-vis、FT-IR、TEM、SEM、PL等手段對制備的復合光催化劑的理化性質進行表征�？疾炝瞬煌獯呋瘎┙到釩AP的效果。結果表明:g-C_3N_4/B-Ni-TiO_2復合光催化劑能加速光生電子和空穴的分離效率,提高光催化活性,當復合比例為50%,復合光催化劑對CAP的降解率可達到95%。循環(huán)實驗表明:復合光催化劑具有較好的穩(wěn)定性和再生性能。(2)采用水熱法制備了花瓣狀的p-n型銳鈦礦TiO_2/Bi OCl異質結復合光催化劑。利用XRD、UV-vis、FT-IR、TEM、SEM、PL等手段對復合光催化材料的結構,形態(tài)、組成和性質等進行了表征。以TC水溶液為目標污染物,研究復合光催化劑的光催化降解性能,并分析了其光催化降解動力學行為和光降解TC的過程。結果表明:異質結構的形成促進了光生電子和空穴的分離,提高了光解活性。最優(yōu)實驗條件下光催化降解TC活性可達99.1%,光解動力學遵循準一級動力學方程,光解TC過程表明:·O_2-活性物種在光催化降解過程中起到主要作用。
【學位授予單位】：江蘇大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：X703;O643.36
【圖文】：

再生用作分析圖 1.1 磁性吸附材料固相萃取過程[72].1.1 The solid phase extraction procedure of magnetic adsorp能高分子吸附材料殼聚糖基吸附材料

圖 1.2 ATREP 法合成酵母菌表面印跡聚合物合成路線示意圖Fig.1.2 Schematic route of yeast@MIPs prepared via ATREPWan 等[82]以丙烯酰胺和甲基丙烯酸作為功能單體，在二甲亞砜/乙腈的混合溶液中，與模板分子蟲草素發(fā)生作用形成預聚體系，加入交聯(lián)劑乙二醇二甲基丙

圖 1.3 基于硅膠蟲草素分子印跡聚合物的合成示意圖 Synthesis of cordycepin molecular imprinted polymer on s

本文編號：2774478