基于绿色溶剂的纳米纤维膜的构筑及其对抗生素的吸附特性研究

作     者：王孝远 

作者单位：盐城工学院 

学位级别：硕士

导师姓名：王静静

授予年度：2024年

学科分类：083002[工学-环境工程] 0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 081704[工学-应用化学] 07[理学] 070304[理学-物理化学(含∶化学物理)] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 0703[理学-化学] 

主      题：静电纺丝 聚乙烯醇 吸附 抗生素 

摘      要：随着抗生素使用量的快速增长和抗生素污染的危害日益显现,如何从水体中去除抗生素受到了广泛关注。吸附法作为快速且高效的处理技术,具有操作简单、无二次污染等优点。作为一种常用的吸附材料,纳米纤维膜具有比表面积高、孔径可调等优点,广泛应用于抗生素的去除。静电纺丝以其制造简单、成本低廉和工艺可控等优点,已成为制备纳米纤维膜的主要途径之一。聚乙烯醇(PVA)非常适合用于静电纺丝制备纳米纤维膜,其具有优异的纺丝性能,并且还具有低成本、无毒无害等特点。但是PVA纳米纤维膜吸附性能较差,因此,本文将PVA与其他功能材料共混,通过静电纺丝并结合表面改性技术制备出三种PVA基纳米纤维膜,并考察了其对抗生素的吸附性能。主要的研究工作和结果如下: (1)以PVA、2-羟丙基-β-环糊精(2-HP-β-CD)和聚丙烯酸(PAA)为原料,通过静电纺丝制备纳米纤维膜,将得到的纳米纤维膜通过热处理进行交联。将得到的2-HP-β-CD/PAA/PVA纳米纤维膜用于去除水溶液中的盐酸左氧氟沙星(LVFH)并研究其吸附特性。结果表明,纳米纤维膜的吸附量随纺丝液中2-HP-β-CD含量的增加而增加,最大吸附量为100.08 mg/L。采用衰减全反射傅里叶变换红外光谱(ATR-FTIR)和差示扫描量热仪(DSC)考察了复合纳米纤维膜对抗生素的吸附机理。结果表明,该纳米纤维膜通过静电作用、氢键和包合作用吸附LVFH。此外,经过5次吸附-脱附循环后,纳米纤维膜仍表现出相对稳定的吸附能力。 (2)以PVA、羧甲基壳聚糖(CMCS)和金属有机骨架(Fe-BTC)为原料,通过静电纺丝制备纳米纤维膜,然后使用戊二醛对得到纳米纤维膜进行蒸汽交联。将得到的纳米纤维膜用作吸附材料,用于去除水溶液中的盐酸四环素(TCH)。结果表明,纺丝液中Fe-BTC的含量越高,纳米纤维膜的吸附量越大。随着TCH初始浓度的增加吸附量随之增加;随着温度上升吸附量随之减小。在温度为25℃、浓度为100 mg/L时吸附量达到248.5 mg/g。吸附机理的研究表明该纳米纤维膜通过孔隙扩散、配位键、静电作用、氢键和π-π作用吸附TCH。 (3)以PVA、氧化石墨烯(GO)为原料,通过静电纺丝进行制备纳米纤维膜。然后,使用戊二醛对得到纳米纤维膜进行蒸汽交联。最后,采用原子转移自由基聚合技术将聚(2-甲基丙烯酰氧乙基磷酰胆碱)(PMPC)接枝到纳米纤维膜上,得到PVA/GO@PMPC纳米纤维膜吸附材料,并用于去除水溶液中的盐酸环丙沙星(CPH)。结果表明,CPH的吸附量随纺丝液中GO含量的增加而增加,并且也随着PMPC的接枝量的增加而增加。吸附过程受p H值影响较大,吸附的最佳p H值为6,最大吸附量为245.6 mg/L。吸附机理研究表明该纳米纤维膜通过静电作用、氢键和π-π作用吸附CPH。