《环糊精聚合物修饰膜的吸附性能研究.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《环糊精聚合物修饰膜的吸附性能研究.doc（4页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、精品论文环糊精聚合物修饰膜的吸附性能研究肖璐，柳丽芬 大连理工大学环境与生命学院，辽宁大连 (116024) E-mail: 摘要：本文以 环糊精(-CD)的聚合物 PR(Polyrotaxene)和聚乙烯醇(PVA)为原料，采用浸渍涂敷法，在涤纶滤布基膜上制备了环糊精聚合物(PR)修饰的 PVA 改性膜。研究了该膜对 水中低浓度甲苯(14 mg/l)的吸附状况。研究表明，PR 粉末 2 h 内对甲苯的吸附量最高可达48 mg/g。而 PR 修饰膜对甲苯 2 h 吸附去除量最高为 5 mg/100 cm2。实验证明该修饰膜具有 较好的吸附去除甲苯污染物的能力，这对利用该修饰膜处理微污染水源具有
2、重要的意义。 关键词：PR；吸附；甲苯中图分类号：TQ028.151引言环境污染中的水体污染，是我国饮用水源水水质不断恶化的一个重要原因，并已经影响 到人们的正常生活。水体中的污染物虽然种类繁多，但浓度较低，因此处理起来具有一定的 难度。在众多污染物中，许多有机物具有持久性、生物蓄积性和三致效应，其污染带来的健 康风险尤为突出。因此，如何有效去除水体中的有机小分子污染物就显得格外重要。膜分离技术的发展，使水处理技术向着节能、高效和更安全的方向进步。利用膜（如反 渗透）、吸附剂去除水体中的有机污染物技术，已经在污水深度处理与回用和难降解有机废 水处理领域显示出优势，并在实际工程中得到了广泛应用。
3、使用吸附膜材料完成净水处理， 分离简便、可一膜两用。很多研究者已发现，在膜内引入环糊精或环糊精衍生物对膜(传质) 性能具有很大的影响1-4。目前，国内外学者对环糊精的研究以其促进污染物的光催化降解 作用、手性化合物的分离为主，而(聚合物)修饰膜的研究大多集中在提高膜的亲水性方面。 本研究则利用(聚合物中)环糊精分子外部亲水、内部疏水的特殊空腔结构，探讨了环糊精聚 合物修饰的复合膜吸附去除水中有机小分子的潜力。2实验部分2.1 实验药品及设备药品：-CD，德国 Wacker Chemie AG 公司生产，食品级；PEG2000，天津市博迪化工 有限公司，分析纯；PVA(聚合度 175050)，天
4、津市博迪化工有限公司，分析纯；50%戊二 醛水溶液，天津市大茂化学试剂厂，分析纯；另外，实验用水均为高纯水。设备：实验所用搅拌仪为江苏省金坛市医疗仪器厂 79-1 型电磁搅拌器；数控超声波清 洗机，中国昆明市超声仪器有限公司，KQ5200DE 型；真空干燥箱，嘉兴中新医疗仪器有限 公司，DZF6020 型；离心分离机，中国北京医用仪器厂，LG10-2.4A 型；紫外分光光度计， 日本岛津，UV1700 型。2.2 环糊精聚合物PR的制备5将 10 g -CD 缓慢加入含有足量 PEG2000(约 5.0 g)的 100 ml 水溶液中；将混合物超声 震荡 15 min，静置一晚；再将沉淀物离心
5、分离(6 000 r/min，10 min)，清洗并 70 下真空 干燥 12 h；产物研磨后密封保存。-4-2.3 PR修饰膜的制备利用涤纶滤布做基膜材料，将不同质量的 PR(0, 0.15, 0.30, 0.45 g)与 15 ml 不同浓度的 PVA 溶液(10%，5%，1%)混合，60 下快速搅拌至 PR 溶解，制备成铸膜液；将基膜在铸 膜液中浸渍，玻璃板上展平，常温下干燥 24 h；再将膜在 100 下干燥 2 h；在足量交联剂 (戊二醛溶液)中 50 下浸泡反应 3 h；最后将膜在 30 去离子水中清洗 5 h 以上，50 下 真空烘干备用。2.4 吸附测试配制 200 ml 低浓
6、度甲苯溶液(浓度约 14 mg/l)，将制备好的改性膜(直径 9 cm，面积 28cm2) 浸入其中，缓慢搅拌，每 15 min 取样测溶液吸光度至 2 h，计算甲苯的剩余百分比和吸附（去 除）量。3结果与讨论3.1 PR粉末的吸附性能为研究修饰膜的吸附性能，首先考察了 PR 组分的吸附性能。取 0.05 g，0.10 g PR 粉末 分别加入低浓度(14 mg/L)甲苯溶液中，测其吸附性能，结果如图所示。1008060甲苯剩余量/%40200PR 0.05gPR 0.10g0 10 20 30 40 60 80100 120吸附时间/min3.02.52.01.5甲苯吸附量/mg1.00.5
7、0.0图 1 PR 粉末用量和吸附性能（溶液体积 200ml，甲苯浓度 14mg/L）Figure 1 Adsorption of toluene using powder PR（solution volume 200ml，14mg/L toluene）从图 1 中可以看出，当 PR 量较少时(0.05 g)，溶液中的甲苯在 1 h 内降低速度较快，可 吸附溶液中 40%左右的甲苯，吸附量为 1.5 mg，单位质量 PR 的比吸附速率在 30 mg/g PR.h； 而后一个小时的甲苯吸附量不足 1.0 mg，单位质量 PR 比吸附速率小于 20 mg/g PR.h。当 PR 粉末用量较多时(0
8、.1 g)，甲苯浓度在前 1 h 几乎没有太大变化，仅去除 10%，吸附量为 0.5 mg 左右(比吸附速率 5 mg/g PR.h)；后 1 h 中，吸附才显著发生，甲苯去除率达到 50%左右，膜 吸附量为 2.0 mg，比吸附速率 20 mg/g PR.h。比吸附速率随吸附剂用量增加而减少，这说明 PR 粉末在甲苯溶液中的分散度直接影响 吸附效果。PR 粉末为不溶于水的颗粒，当 PR 较少时，可较快的分散在甲苯溶液中发挥其 吸附作用。而当 PR 用量较多时，PR 在水中的团聚对吸附污染物有负面作用。上述实验条件下，2 h 吸附试验中 PR 对低浓度甲苯的吸附量最高可达到 48 mg/g P
9、R。3.2 PR含量对PR-PVA膜吸附性能的影响1.6 PR1% PR2% PR3%甲苯吸附量/mg1.20.80.40.00 15 30 45 60 75 90 105 120吸附时间/min图 2 铸膜液(PVA10%)PR 含量变化对修饰膜吸附性能的影响( 溶液体积 200ml/28cm2 膜面积) Figure 2 Effect of PR concentrations in casting solution (PVA10%) on adsorptive capacity of membrane ( solution volume 200ml/ 28cm2 membrane)当将 P
10、R 固定在膜上，其吸附性能可能会受到固定化的影响。从图 2 可以看出，随着 PR 含量的增加，PR-PVA 膜在 2 h 内吸附甲苯的量逐渐增多，且吸附总量与 PR 含量成一定的 比例关系，当 PR 含量分别为 1%、2%和 3%时，膜吸附甲苯的量约为 0.5、1.0 和 1.5 mg。 但在吸附过程中，PR3%的膜在吸附开始阶段并没有表现出较好的吸附效果，这与 PR 粉末 的吸附趋势相似，过多的 PR 会因分散不均而影响到吸附效果。从吸附曲线的趋势看，膜的 吸附还没有达到平衡，此时不同膜上 PR 对应的吸附量均为 3.3 mg/g，远没有达到 PR 粉末 的吸附效果。虽然膜材料对吸附扩散有一
11、定阻力，但如延长测试时间，吸附还有增加趋势。3.3 PVA含量对PR-PVA膜吸附性能的影响1.6PVA 5% PVA 10%甲苯吸附量/mg1.20.80.40.00 15 30 45 60 75 90 105 120吸附时间/min图 3 铸膜液(PR1%)PVA 含量变化对修饰膜吸附性能的影响Figure 3 Effect of PVA concentrations in casting solution (PR1%) on adsorptive capacity of membrane（solution volume 200ml/ 28cm2 membrane)铸膜液中 PR 含量对吸
12、附效果的影响是直接的，研究还发现修饰膜中 PVA 含量对膜的 吸附也具有较大的影响，如图 3 所示。由图可见，在相同 PR 含量下，PVA 含量越高，复合 膜吸附效果越差。这主要是因为分布在膜表面的 PR 是污染物的主要吸附体，PVA 越多分布 在膜表面的 PR 就相对越少，吸附量也就相应减少。因此在实验的过程中应尽量使用低含量 的 PVA 膜，这样可达到相同吸附效果时 PR 用量最少的目的。关于吸附膜吸附饱和后的再生方法和再生效率正在研究中，结果将另文报道。4结论研究表明环糊精的聚合物 PR 粉末具有较好的吸附水中甲苯的效果，PR 与 PVA 混合固 定化的复合膜，仍具有较好的对甲苯的吸附和
13、去除效果。对比文献6中 -CD 在絮凝过程中 甲苯吸附率不足 20%的结论，本研究制备的膜在没有任何絮凝剂成分的甲苯模拟微污染水 体中的去除率可达到 60%多，且固载量非常小，这一结果对利用 PR-PVA 膜吸附净化受甲苯 等有机小分子污染的微污染水源有重要的意义和实用价值。参考文献1 周志军，蔡荣锡，张林等. 含环糊精膜的制备与应用J化学进展, 2007, 19（9）：1436-14422 靖波，陈晓，柴永存环糊精与大分子组装(准)聚轮烷J化学进展, 2006, 18（10）：1361-1368 3 卢昌盛，张越，孟庆金等环糊精与聚合物的包合作用J无机化学学报, 2000, 16（6）：85
14、3-8614 Q.T.Nguyen, D.Langevin and B.Bahadori. Sorption and diffusion of volatile organic components in a membrane made by deposition of tetramethyl disiloxane in cold remote-plasma JJ. Membrane. Sci., 299: 73-82,France. 20075 J. H. Sona, Y. S. Kangb and J. WonPoly(vinyl alcohol)-based polymer electr
15、olyte membranes containingpolyrotaxane JJ. Membrane. Sci., 281: 345-357, Korea. 20066 刘泽华，赵玉红，双金玲等阳离子淀粉固载 -环糊精用于废水处理J中国造纸, 2007, 26（7）：16-18Adsorptive Capacity of Cyclodextrin Modified MembraneXiao Lu, Liu LifenDepartment of Environmental and Biological Science and Technology, Dalian University ofTe
16、chnology, Liaoning, Dalian (116024)AbstractCyclodextrin modified terylene membrane was prepared using dip-coating method and coating solutioncontaining (-CD derivative) PR and PVA. The research was about the adsorptive capacity of the membrane in low concentration of toluene solution (14 mg/l). It s
17、howed that PR powder could adsorb48 mg toluene/g PR during 2 h adsorption, and after coated on membrane, still 5.0 mg toluene in water was adsorbed on 100 cm2 membrane after 2 h immersion (area 28 cm2 membrane in 200 ml solution). The results indicate that the modified membrane has a capacity of toluene adsorption and this finds practical value in removing toluene from contaminated waters.Keywords: PR; adsorption; toluene作者简介：肖璐，女，1983 年生，硕士研究生，主要研究方向为膜分离净化微污染水体。