多孔膜成膜与吸附过程监测及PM2.5中水溶性离子测定

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有序多孔材料是近年来颇受关注的一类功能性结构材料,在吸附、分离、催化、分子识别、细胞培养、材料制备等领域中具有良好的应用前景,是目前材料科学中的研究热点之一。本学位论文以石英晶体微天平(QCM)为主要研究手段,实时监测水滴模板法制备聚合物多孔膜的动力学过程,以及多孔膜的吸附性能和溶剂渗透对表面活性剂吸附量的影响。此外,建立了毛细管电泳非接触电导检测器测定PM2.5中水溶性离子的分析方法,其主要研究工作如下:1、聚苯乙烯(PS)有序多孔膜成膜及吸附特性的压电传感监测。在QCM传感器表面滴加聚苯乙烯(PS)溶液,实时监测水滴模板法制备有序多孔膜的动力学过程中膜的粘度、刚性的变化曲线,并与溶剂自然挥发条件下形成平板膜的成膜动力学过程进行比较。在所用实验条件下,根据粘度变化曲线,可将聚合物成膜过程分为液相膜、粘性膜和刚性膜三个阶段。在起始液膜期,膜的粘度随溶剂挥发稍有增加;在中间的粘性膜阶段,膜的粘度先增加到最大值而后下降,在成膜后期,粘性膜逐渐转化成刚性膜,膜的粘度急剧下降。和平板膜相比,多孔PS膜的液膜阶段缩短而粘性膜阶段的时间延长。在此基础上,实时监测了PS有序多孔膜和平板膜对阴离子表面活性剂十二烷基苯磺酸钠(SDBS)的吸附动力学过程。结果表明,SDBS在PS膜上吸附的动力学符合准二级动力学模型,其中在平板膜上的吸附速率常数比在多孔膜上的吸附速率常数高9.8-27倍,在多孔膜上起始质量吸附速率是在平板膜上值的3.3-7倍,SDBS在两种PS膜上的吸附等温线均符合Langmuir等温线模型,在平板膜上和多孔膜上的吸附平衡常数和饱和吸附容量分别为1.29×10~4L/mol和29.7mg/g、6.85×10~3L/mol和375.8mg/g。2、溶剂在多孔膜中的渗透过程的压电传感监测在QCM传感器表面修饰PS多孔膜,当膜与液相接触时,溶剂分子在多孔膜中渗透,渗透性和溶剂与膜孔的亲和力有关,其动力学过程可用QCM实时监测。PS具疏水性,由它形成的多孔膜与水的作用力较小,水分子难以完全填充PS膜中所有微孔,溶剂渗透量和渗透速率均低于乙醇。在表面活性剂存在下,PS膜表面的亲水性增加,由此增加水分子在PS多孔膜中的渗透速率。本章比较了不同成膜条件下所得PS膜在不同配比乙醇水溶液中的渗透速率和渗透质量,并实验了非离子表面活性剂(OP-10)和阳离子表面活性剂(氯化十六烷基吡啶)对水分子在膜中渗透性的影响,讨论了溶剂渗透对QCM法测定多孔膜吸附量的影响。结果表明,应用QCM监测多孔膜对溶液中某组分的吸附质量时,溶剂分子相膜内扩散将造成表观吸附量的偏高,对表面活性剂吸附量测定值的影响尤为明显。3、毛细管电泳非接触电导检测器测定PM2.5中水溶性离子。PM2.5作为衡量空气质量的主要指标受到越来越多的关注,水溶性离子是PM2.5的主要成分,约占其总质量的60-70%。本章采用毛细管电泳法分离检测PM2.5样品中的水溶性离子,所用检测器为差分谐振型非接触电导检测器,并实验了电极长度、电极间距对色谱峰的影响,比较了不同设计非接触电导检测器的响应性能,采用流动注射-分流器方法提高毛细管进样精密度,通过延时进样方法,可以减小毛细管电泳双极进样同时测定阴、阳离子时峰的重叠,实验了双毛细管电泳法同时测定阴、阳离子的适用性,在优化的实验条件下,测定常见无机阴、阳离子的检测下限达到3-20g/L,实际样品分析所得结果与离子色谱法相吻合。
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