我国地下水重金属污染在空间、种类等方面具有广泛性、多样性,其危害具有复杂性、长期性,亟需发展和推广经济实用且环境友好型修复技术。可渗透反应墙（Permeable Reactive Barrier,PRB）技术被认为是最有潜力的地下水处理技术之一,具有效率高、成本低、安装简单、环境干扰小等优点,作用关键在于其反应介质的特性。本文归纳总结了反应介质的分类组合及作用机理,并整合目前国内外PRB的应用情况,为反应介质的研发、PRB技术的工程应用提供重要参考。
利用商业硅镁吸附剂吸附脱除水中氨氮.分别采用XRD、BET、SEM及FT-IR对硅镁吸附剂进行表征.考察剂液比、吸附时间及吸附温度等因素对吸附脱除氨氮效果的影响.采用Langmuir、Freundlich及Temkin等温吸附模型对吸附平衡实验数据进行拟合,采用准一级、准二级吸附动力学模型及颗粒内扩散模型对吸附动力学实验数据进行拟合.Langmuir等温吸附模型的相关系数R2在0.993～0.999之间,标准差SD在0.0038～0.011之间,在293.15K时的单分子层饱和吸附量qm为1356.75mg/g;准二级动力学模型的相关系数R2均为0.999;ΔG0为负值,ΔH0在-14.454～-9.447kJ/mol之间.结合吸附热力学及动力学数据可知,氨氮在硅镁吸附剂上的吸附过程可自发进行,吸附过程主要为物理吸附,但亦可能部分涉及化学吸附.
采用2-甲基咪唑为主配体、1,2,4-三氮唑(3NIM)为修饰配体,与钴离子反应制备三氮唑修饰ZIF-67材料,通过配体修饰调节其表面形貌,得到了一种具有与ZIF-67相同晶体结构的金属-有机骨架材料ZIF-67(3NIM).红外光谱结果显示三氮唑配体进入ZIF-67的骨架中;热重分析表明,该材料具有良好的热稳定性;场发射扫描电镜结果表明,其粒径较3NIM修饰前增大,但随着修饰配体浓度的升高团簇现象变得更为严重.将ZIF-67(3NIM)材料应用于碘单质的气相和液相吸附中,在75℃下对碘蒸气的吸附量可达到6.66g/g,较未修饰的ZIF-67(碘吸附量5.16g/g)提高了 29％;在环己烷溶液中的碘去除率也有显著提高,去除率最高可达97.5％.结果表明,氨基配体修饰的ZIF-67系列材料有望用于放射性碘的高效去除.
透明质酸是细胞外基质的主要成分之一,参与调节如细胞黏附、增殖和分化等许多细胞生理过程.由其作为基础材料制备的三维网络状水凝胶可在一定程度上模拟细胞外微环境,协同干细胞在组织修复中发挥积极作用.透明质酸水凝胶因其良好的生物相容性和生物活性而得到广泛应用.为了增强透明质酸水凝胶在各类组织损伤中的长效特异性修复,既可设计水凝胶的机械性能等自身特性以达到仿生水平,也可考虑在水凝胶上负载其他活性成分并对其实现可控释放从而达到治疗效果.本文详细阐述了透明质酸水凝胶在皮肤修复、骨修复、软骨修复和中枢神经系统修复中的应用,并对其发展方向进行了展望.
水汽系统氢电导率监测用氢交换柱附加误差超标是造成氢电导率测量不准确的主要原因,而氢交换柱附加误差超标主要源于阳树脂的再生度低.理论分析和研究结果表明,氢交换柱附加误差与阳树脂再生度及水样Cl-浓度均有关系,再生度越低,Cl-浓度越高,氢交换柱附加误差就越大.对于超临界水汽系统氢电导率测量用氢交换柱,为了保证附加误差满足不大于5％的标准要求,建议控制树脂再生度在85％以上.阳树脂再生度取决于再生工艺,动态再生和电再生的效果要比静态浸泡再生好,可以保证树脂的再生度和氢交换柱的附加误差满足要求.
基于高交联聚苯乙烯树脂骨架上悬挂双键的二次引发,设计合成了一类弱极性酯基功能基含量较高且兼具高比表面积的新型大孔吸附树脂,在吸附分离中表现出偶极-疏水协同作用机制,用于甜菊糖中结构相近的单体糖苷Rebaudioside D(简称RD)的分离纯化,克服了传统吸附树脂的选择性和吸附容量不能兼顾的缺点,对甜菊糖粗提物纯化后,RD苷的纯度由7.1％提高到51.2％.
以三氯甲烷为外交联剂,以A1C13为催化剂,经Friedel-Crafts后交联反应将大孔低交联聚苯乙烯(PS)后交联,制备得到超高交联聚苯乙烯树脂HCPS-C1,树脂的BET比表面积从PS的19.5m2/g提高到HCPS-C1的522m2/g;再以1,2-二氯乙烷为外交联剂,以FeCl3为催化剂,将HCPS-C1后交联,制备得到了比表面积高达791m2/g的超高交联聚苯乙烯树脂HCPS-C1-C2.测定了 HCPS-C1和HCPS-C1-C2对咖啡因的吸附性能,并与商用树脂XAD4及氯甲基化聚苯乙烯后交联树脂HCPS-CM进行对比,结果表明,HCPS-C1有着接近于XAD4对咖啡因的吸附量,而HCPS-C1-C2对咖啡因的吸附量远高于XAD4,且略高于HCPS-CM.平衡浓度为100mg/L时,HCPS-G-C2对咖啡因的吸附量可达148.2mg/g,优于文献报道的大多数吸附材料.本文以简单易得的氯代烷代替剧毒致癌的氯甲醚进行后交联反应制备吸附性能优良的超高交联吸附树脂,极具工业应用前景.
以P123为模板剂,以TEOS为硅源,以氧化石墨烯为复合组分,采用溶胶-凝胶法和自组装法制备了具有较大比表面积的介孔硅复合氧化石墨烯三维多孔材料(MSM/GOs),进一步通过物理浸渍聚乙烯亚胺(PEI)制备了固态胺吸附材料.利用扫描电子显微镜(SEM)、氮气吸附-脱附曲线、元素分析等方法表征复合材料的结构和形貌,研究了氧化石墨烯添加量对材料的比表面积和胺化效果的影响以及吸附温度对其吸附CO2性能的影响.研究结果表明,氧化石墨烯的引入能显著提高介孔硅复合氧化石墨烯多孔材料的比表面积,当GO添加量为4.5wt％时,其比表面积可高达841m2/g.高的比表面积有利于提高材料的氨基含量.在30wt％PEI的物理浸渍胺化后,MSM/GO-4.5@30％PEI拥有最大含氮量(9.59wt％)和CO2吸附量(1.70mmol/g).得益于良好的多孔基体和有机胺的均匀分布,MSM/GO-4.5@30％PEI在不同温度下的吸附量较稳定,循环再生吸附后仍能保持初始吸附量的80％.动力学研究表明,准一级模型和Avrami模型均能较好地拟合其吸附行为,揭示MSM/GO-4.5@30％PEI对CO2的吸附是物理吸附和化学吸附两者共同作用的结果.上述研究表明,介孔硅复合氧化石墨烯多孔材料在CO2捕集方面具有潜在的应用前景.
通过端基修饰、开环聚合、侧基取代和点击化学反应成功制备了苯硼酸功能化糖基聚碳酸酯两亲性嵌段聚合物(AM-PMB),自组装形成纳米颗粒(MPMB),在透射电镜下该纳米颗粒呈规则球状.通过酶活性实验探究了 MPMB对β-内酰胺酶活性的抑制效果,结果显示,该纳米颗粒对C类β-内酰胺酶的活性抑制效果相当显著,当浓度仅为50μg/mL时,抑制率高达90％.
在分析考察强酸大孔树脂与纤维状离子交换材料微观形貌与骨架结构特点的基础上,系统研究了弱酸离子交换纤维、强酸离子交换纤维与强酸大孔树脂在气、液相条件下对不同有机胺(苯胺、吡啶与乙二胺)的吸附性能.结果表明,与强酸大孔树脂相比,纤维状离子交换剂具有吸附动力学性能优异、循环再生性好等特点,且对有机胺的吸附活性随功能基酸性的增强而增强,其结果归因于纤维外比表面积高、传质距离短、渗透压稳定性好等自身优势.本研究为纤维状离子交换材料在气、液态有机胺吸附领域的应用与发展提供了实验支撑与参考.
以氧化石墨烯(GO)和聚乙烯亚胺(PEI)为反应物,采用共混法制备PEI/GO,然后将Fe3O4纳米颗粒分散沉积到PEI/GO表面,得到了复合材料Fe3O4/PEI/GO.利用傅里叶红外光谱(FT-IR)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)和X射线光电子能谱(XPS)等方法对该材料进行表征,并研究了其对Cu2+的吸附性能.结果 表明,PEI与GO的羧基反应生成了酰胺键,Fe3O4成功沉积在GO表面,GO层状结构的规整性被破坏.Freundlich等温吸附模型和准二级动力学模型能更好地拟合Cu2+在Fe3O4/PEI/GO表面的吸附过程,说明该吸附主要受化学作用控制,可能是Fe3O4/PEI/GO表面的胺基、羧基、羟基等活性基团与Cu2+发生了离子交换或络合反应所致.
本文以对苯二甲酸和ZrC14为原料,采用溶剂热法制备了UiO-66吸附剂,将UiO-66与PES共混后,通过浸没沉淀相转化法制备UiO-66/PES吸附功能膜,对水中的苯酚进行吸附研究.采用FT-IR、XRD、SEM对UiO-66及UiO-66/PES吸附功能膜进行表征分析.该膜对苯酚进行静态吸附实验、吸附动力学实验以及动态穿透实验,结果表明,吸附机理符合Langmuir等温吸附模型,吸附动力学符合拟二级动力学模型,该吸附主要为化学吸附.吸附-脱附实验表明,UiO-66/PES吸附功能膜经3次循环仍对苯酚具有较为稳定的吸附容量.
采用响应面法优化大孔树脂对地参多糖的脱色工艺,并分析其抗氧化性能.利用综合评分法,从5种大孔树脂中筛选出对地参多糖脱色较好的树脂,根据前期单因素试验结果,利用响应面法对多糖脱色率影响较大的NKA-9树脂脱色条件进行优化,依据回归分析确定其最佳脱色条件,同时测定地参多糖对羟基自由基(·OH)和超氧阴离子自由基(O2-·)的清除能力.结果 表明,NKA-9树脂是地参多糖脱色的适宜树脂,多糖脱色的最佳工艺条件为:NKA-9树脂用量3.3wt％、脱色温度40℃、脱色时间88min.在此条件下,多糖保留率为96.20％,预测值为96.80％;多糖脱色率为66.54％,预测值为66.71％.地参多糖对·OH和O2-·有明显的清除能力,且随多糖质量浓度的增加而逐渐增强;当地参多糖的质量浓度为0.420mg/mL时,对·OH和O2-·的清除率分别为74.56％和69.98％.通过响应面试验优化的NKA-9树脂脱色工艺可对地参多糖进行有效脱色;地参多糖具有一定的体外抗氧化能力,可作为食品及医药行业的天然抗氧化剂资源进行有效开发利用.
在聚电解质网络中引入氢键作用或共价键作用,分别形成物理-物理交联双网络和物理-化学交联双网络水凝胶纤维,纤维表面经水分蒸发形成类蜘蛛丝样的核-壳纤维结构.这种聚电解质基的水凝胶纤维展现了114.5MPa的高断裂强度、41.73MJ/m3的高韧性、90％的高阻尼以及湿度响应的超收缩行为.
乙醇胺(Ethanolamine,ETA)与分散剂在核电站二回路中联合使用具有广阔的应用前景,但典型分散剂聚丙烯酸(Polyacrylic acid,PAA)对凝结水精处理树脂的影响有待研究.本文研究了PAA与罗门哈斯树脂的相容性问题,探讨了PAA对树脂的吸附特性及对工作交换容量的影响,并给出了树脂的解吸(再生)方法.实验结果表明,PAA会导致树脂工作交换容量下降,随着PAA浓度的增加,树脂污染加剧,且阴树脂污染比阳树脂严重;吸附过程为吸热过程,Langmuir方程能更准确描述罗门哈斯阴树脂对PAA的吸附过程,25℃时按Langmuir方程得到的最大吸附量为8.8339mg/g,与实验结果相近;PAA在阴树脂上的吸附行为符合拟二级动力学方程,颗粒扩散过程为吸附的控速步骤,平衡吸附量Q.的理论值(9.142mg/g)与实验值(8.548mg/g)基本一致;解吸配方与步骤可以满足阴树脂的再生要求,本文研究结果对核电站二回路PAA的使用有一定的参考与借鉴意义.
膀胱癌是泌尿系统多发肿瘤之一,在新发膀胱癌中约75％为非肌层浸润性膀胱癌,其标准治疗手段为行经尿道膀胱肿瘤切除术,并在术后进行膀胱灌注治疗.然而,膀胱组织因其特殊的生理特性,导致排泄过程中,药物在膀胱内滞留时间短,使得膀胱灌注仅在短期内有效.近几年来,膀胱内腔灌注药物载体得到了发展,即通过导管将负载有药物的多种纳米载体材料输送到膀胱内腔中.纳米载体由于其合适的粒径、表面特性及与膀胱壁黏膜层的直接相互作用,可以有效延长药物在膀胱内腔的滞留时间,增加其在膀胱内壁组织的粘附性和穿透力,从临床应用角度讲,是安全的膀胱内药物递送方式,因而引起材料学界和临床医学界的广泛关注.本文针对这一类膀胱内腔给药载体材料进行系统概述,以治疗方法为分类依据,总结了目前多种形式的纳米粒子的治疗效果,还对这些纳米粒子存在的共性问题进行概括,并提出了可能的解决方法,以期为材料的设计研究以及临床应用提供指导与借鉴.
金霉素、四环素和土霉素等是常用兽用抗生素,随着家畜排泄物堆肥的使用,3种抗生素进入到环境中成为新兴的污染物.本文采用一锅法,以葡萄糖为还原剂,制备了自组装的Fe3O4纳米颗粒与还原氧化石墨烯的纳米复合材料(Fe3O4@rGO),采用平衡吸附法研究了Fe3O4@rGO对3种抗生索的吸附性能和行为.表征结果显示,Fe3O4@rGO具有两种前驱体的特征,Fe3O4纳米颗粒均匀分散在rGO表面上.吸附结果表明,Fe3O4@rGO对3种抗生素的吸附速率很快,20min基本达到吸附平衡;当溶液pH值在4～8时,pH值对3种抗生素的吸附容量没有显著性的影响;Fe3O4@rGO对3种抗生素的吸附容量均大于单纯的Fe3O4和rGO;Fe3O4@rGO对金霉素(189.2mg/g)和四环素(199.7mg/g)有较高的吸附容量,而对土霉素(112.5mg/g)的吸附容量相对较低,这是由于土霉素与Fe3O4和rGO的结合力均相对较弱造成的:3种抗生素在Fe3O4@rGO上的吸附过程可用Langmuir等温吸附模型和准二级动力学方程来描述.
该文利用改性核桃壳生物炭对水中Pb(Ⅱ)进行吸附研究,探究了吸附剂投加量、pH值、接触时间、金属离子初始浓度和温度对吸附性能的影响,并对改性前后核桃壳的吸附性能进行了比较.Pb(Ⅱ)初始浓度为100mg/L时,在298K下,当pH值为5.0、投加量为7g/L、以180r/min振荡吸附2h,改性吸附剂CMBC的平衡吸附量为14.23mg/g,吸附率可达99.58％.吸附过程可用Langmuir等温吸附方程描述,且符合准二级动力学模型,是吸热且混乱度增加的自发过程,结果表明,改性核桃壳生物炭的吸附率较未改性时提高了27.21％,用解吸剂对CMBC进行5次吸附-解吸循环后,其对Pb(Ⅱ)的吸附率仍在90％以上,说明CMBC具有良好的吸附性能和再生能力.
以海藻酸钠(SA)、纤维素纳米纤维(CNF)和聚乙烯亚胺(PEI)为原料,制备了三元复合水凝胶珠SCP@PEI,扫描电镜、红外光谱及X射线光电子能谱的测试结果均表明其已被成功制备.pH值为3时,其对Cr(Ⅵ)的吸附效果最佳,这主要与Cr(Ⅵ)的赋存形态有关.Freundlich等温吸附模型可较好地拟合其吸附等温线,对Cr(Ⅵ)的最大吸附量为6.49mmol/g,热力学参数表明,吸附为自发、吸热、熵增的过程.吸附动力学曲线遵循拟二级动力学模型,6h可达到吸附平衡.主导作用机制包括质子化胺基参与的静电吸附、羟基参与的Cr(Ⅵ)还原以及羟基和羧基参与的Cr(Ⅲ)配位作用.此外,SCP@PEI易于再生,5次循环使用后其对Cr(Ⅵ)的吸附量仅下降了4.31％,结果进一步证明其性能稳定,未来应用前景广阔.
针对搬迁化工场地遗留高色度地下水处理过程中存在的色度来源不明、处理水量较大、需原地处理等问题,采用共沉淀法制备水滑石,并使用壳聚糖进行改性,脱除化工场地遗留高色度地下水色度.利用扫描电镜(SEM)、比表面积分析仪(BET)和傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR)分析材料,研究色度脱除的原理,通过动力学和热力学实验,验证色度脱除的效果.分析表明,改性水滑石材料孔隙结构发达,层状结构清晰,与未改性水滑石相比吸附速率快、容量高,是有效的色度脱除材料.吸附前后的红外光谱对比与C1-浓度实验表明,脱色的机理包括表面吸附、离子交换、表面微絮凝等3种作用;在pH值为7,药剂投加量为0.3g/L,反应温度为25℃,反应时间为2h的条件下,废水色度的脱除率可达90％.处理1m3该类高色度地下水,总处理成本约为4.9元,价格较低,处理单位可接受.
