论文部分内容阅读
随着工业化水平的提高和经济飞速增长,环境污染问题也日益严重。TCE作为典型的土壤中挥发性有机污染物和TNT作为炸药废水的主要污染成分,对土壤和地下水污染都成为环境领域关注的焦点。由于两种物质的溶解度均较低,且难生物降解,故在自然环境中可以长期存在。目前对两种污染物质的处理方式较为简单,主要集中在物理吸附和高级氧化方面,存在成本较高,易于形成二次污染等缺点,而吸附法则经济高效,在国内外得以广泛应用。本研究在TNT分子印迹聚合物合成和TCE土壤修复两个方面展开了研究工作。在TNT分子印迹聚合物合成方面,通过水相沉淀聚合法合成了具有较高选择性、较好分散性、且可快速吸附的TNT分子印迹聚合物和TNT磁性纳米分子印迹聚合物。以UV-vis、FTIR、ESEM、BET、TGA对其进行表征。此外,对聚合物对TNT的吸附动力学、吸附热力学和选择性吸附进行了研究。首先通过水相沉淀聚合法,以TNT为模板分子,AM为功能单体,EGDMA为交联剂,合成了新型水相印迹聚合物和水相非印迹聚合物。研究结果表明,该法可成功合成具有稳定结构的选择特异性分子印迹聚合物。该聚合物可在200min内达到吸附平衡。在5 mmol/L的TNT乙腈溶液中,聚合物的平衡吸附量为263 mmol/kg。Scatchard拟合分析表明,富电子的功能单体丙烯酰胺和缺电子的TNT的苯环具有较强的电荷转移作用,从而可以形成比较稳定的复合物。此外,交联剂EGDMA有一很明显的特点可以延缓聚合物反应的相分离时间,从而可以合成高质量的印迹材料。与水相非印迹聚合物相比,水相印迹聚合物对TNT展现了更高的吸附速率、更大的吸附容量以及更高的选择性。与结构类似物DNT相比,对TNT的选择特异性主要是由于CMIP表面的印迹孔穴导致。Fe3O4材料具有刚性强、不膨胀、容易在表面进行修饰和在外加磁场条件下可以快速进行固液分离等特点,因此Fe3O4颗粒特别适合用于制备分子印迹材料的核芯。本文在对纳米Fe3O4颗粒表面进行修饰后,利用两步水相沉淀聚合法,在其表面合成了具有选择性吸附位点的纳米磁性分子印迹聚合物,以实现快速吸附分离的目的。研究结果表明,加入适量的十二烷基苯磺酸钠,可以制备出粒径小、且分散均匀的磁性分子印迹聚合物。加入带正电的功能单体,可以改善聚合物对TNT的吸附量。与非磁性分子印迹聚合物相比,磁性分子印迹聚合物的吸附量提高了38 mmol/kg,表明Fe3O4颗粒合成聚合物能够进一步有效提高分子印迹聚合物的特异吸附容量。这主要是因为上述材料内部的识别位点不能被有效利用所致。该磁性纳米TNT分子印迹聚合物具有粒径分布均匀、较大比表面积、较高选择性、较好分散性,且可快速吸附、分离的特点。在TCE污染土壤研究中,本文采用高温氧化法（375℃、600℃）和较低氧化性的次氯酸钠氧化法来处理土壤,研究了不同的土壤组分（软碳、硬碳、矿物质）对TCE吸附过程和机理。基于静态吸附实验对土壤吸附TCE的影响因素进行研究。通过高温氧化法和次氯酸钠氧化法来处理土壤,以有机质含量为0.96%的土样及经375℃、600℃、次氯酸钠以及联合氧化法（600℃+次氯酸钠）处理的土样作为吸附剂,考察了各种土样吸附TCE的吸附动力学和吸附热力学,研究了土壤中软碳、硬碳、矿物质含量,TCE初始浓度和钙离子强度对吸附作用的影响。研究结果表明,土壤对TCE的吸附分为快速吸附、慢速吸附和平衡3个阶段,并在30 h左右达到吸附平衡,TCE在快速吸附阶段的吸附量就达到了总吸附量的70%左右。通过吸附动力学和热力学研究发现,该吸附过程符合准二级动力学方程（R2>98%）。Freundlich模型能较好拟合TCE在土壤中的吸附过程（R2>93%）,且土壤对TCE的吸附以物理吸附为主。对土壤中的软碳、硬碳和矿物质三种组分研究发现,土样对TCE吸附是有机质和矿物质共同作用的结果。其中,有机质中的硬碳对吸附TCE起主要作用,其吸附贡献率>60%,而矿物质对TCE的吸附也起到了一定的作用。TCE浓度的升高可以提高矿物质的吸附贡献率。离子强度(Ca2+)的增加显著降低了土壤各组分对TCE的吸附效果。