药品和个人护理用品ppcps的应用现状与展望

药品和个人护理用品ppcps的应用现状与展望

药物和个人护理用品的pp-cps已成为一个吸引人们注意的新环境。三氯生是一种杀菌剂,广泛用于人们日常生活用品(如肥皂、洗发水、牙膏、芳香剂等)和消费产品(纺织品、鞋、塑料制品等)中。近来研究表明,三氯生及其甲基衍生物是污染地表水的最重要的有机污染源之一,它具有长期残留性、生物蓄积性和高毒性,三氯生在光照和受热时容易导致二恶英的形成,危害很大,已成为国内外水处理领域内研究的热点内容之一。已有研究结果表明,三氯生等PPCPs的去除机理主要为吸附和微生物降解。与传统活性炭相比,碳纳米管(CNTs)是一种具有中空管状结构、较大比表面积和高表面活性的新型纳米材料,自1991年被发现以来,引起许多科学工作者的极大兴趣。在吸附废水中有害离子(如Pb2+、Cd2+、Fe3+等)及有机污染物(如苯酚、对硝基苯酚等)方面,碳纳米管不仅具有很高的吸附能力,而且吸附速度很快,远优于活性炭等传统吸附材料,具有很大的应用潜力。本实验采用碳纳米管作为吸附剂,考察不同操作工艺条件对三氯生在碳纳米管上吸附的影响,优化工艺条件,并对其吸附机理进行初步探讨。1实验部分1.1u3000仪器仪器:WFZ-UV-2000型紫外-可见分光光度计;THZ-82型气浴恒温振荡器;DHG-9041A型电热恒温干燥箱;AR2140型电子分析天平;AnKeTDL-40B型离心机;DZG-303A型实验室专用纯水机;超声波清洗机;SHB-III型循环水式多用真空泵;精密pH试纸。试剂:CNTs(粒径10~30nm,20~40nm,>50nm),三氯生(纯度>99%),氢氧化钠(分析纯),盐酸(分析纯),浓硝酸(分析纯),去离子水。1.2带菌带微滤膜制备实验将一定量的CNTs,加稀硝酸中(浓硝酸∶水=1∶4)浸泡,超声1h,室温浸泡23h,微滤膜过滤并反复洗至滤液pH值呈中性,干燥,研细,放入干燥器备用。1.3三氯生物测定三氯生采用紫外分光光度法。1.4氯生溶液稳定性测定在一系列250mL锥形瓶中,分别加人一定浓度的三氯生溶液50mL,在恒温振荡箱中于25℃下振荡一定时间,离心分离,过滤,取滤液测剩余溶液的吸光度。根据反应前后的溶液浓度计算吸附量和去除率。1.5预测去除率测定u吸附量计算式:qe=V(Ce-C0)/m(1)去除率计算式:E=(C0-Ce)×100/C0(2)式中:qe为吸附量(mg/g),V为溶液体积(L),C0为初始浓度(mg/L),Ce为平衡浓度(mg/L),m为CNTs的用量(g),E为去除率(%)。2结果与讨论2.1投量对于cnts全覆盖的影响在一组250mL的锥形瓶中,各加入一定浓度的三氯生溶液50mL,分别向其中加入不同量的CNTs,在25℃条件下振荡60min,离心、过滤后,分析溶液中剩余三氯生的浓度,实验结果如图1所示。由图1可以看出,3种粒径的CNTs均有较高的去除率,随着CNTs投量的增加,其去除率逐渐增大。粒径在10~30nm的CNTs吸附效果最好,其最高去除率可达94.5%。而粒径>50nm的CNTs,其最高去除率只有81.1%,这主要是因为碳纳米管的粒径越小,其比表面积就越大,因而吸附性能越好。为此,本实验采用10~30nm的CNTs作为吸附剂。从图1还可以看出,当投加量为0.07g时,吸附基本达平衡,为使反应进行彻底,实验适宜的CNTs用量为0.08g。2.2去除率的影响固定其他条件不变,吸附剂为10~30nm的CNTs,投加量为0.08g,考察温度对三氯生去除率的影响,实验结果如图2所示。由图2可以看出,去除率受温度影响不大,总体看来,去除率还是随温度升高而降低。当温度在20~25℃范围内变化时,去除率保持在82%左右,当温度在25~30℃时,三氯生去除率有所下降,而温度超过30℃时,去除率变化很小。故选择25℃为适宜的温度。2.3溶液ph对三氯生去除率的影响固定其他条件不变,吸附剂为10~30nm的CNTs,投加量为0.08g,考察25℃时溶液pH对三氯生去除率的影响,实验结果如图3所示。由图3可以看出,随着pH值的增大,三氯生去除率逐渐降低,最高去除率出现在pH值6.5左右,其去除率高达97%,考虑废水排放标准pH值6~9,选择适宜的pH值为7.0。2.4cnts的吸附时间固定其他实验条件为选定的适宜条件,考察振荡时间对三氯生去除率的影响,实验结果如图4所示。由图4可知,纯化的CNTs对水中三氯生的吸附去除速度很快。在吸附开始的前10min之内,去除率迅速上升,达到总去除率的80%。反应30min后,随时间的延长,去除率上升缓慢,为了使反应进行彻底,取最佳反应时间为60min。2.5平衡吸附量对最高吸附量的影响在温度25℃时,计算CNTs对三氯生的吸附量,以吸附量qe(mg/g)对平衡后三氯生的浓度Ce(mg/L)作图,得到等温吸附线,如图5所示。由图5可以看出,随着三氯生平衡浓度的增大,平衡吸附量显著增加,最高吸附量达40mg/g。采用Langmuir、Freundlich和BET等温吸附方程方程对实验数据进行模拟,发现:三氯生在纯化的CNTs的吸附能很好地符合Langmuir和Freundlich吸附等温方程,Langmuir和Freundlich吸附等温方程方程具体形式分别为:1/q=0.0552Ce+0.0225、lnq=0.3214lnCe+2.8234,相关系数R2分别为0.9865和0.9944,由此可以初步判断三氯生在碳纳米管上的吸附为单分子层吸附,因而碳纳米管的表面积大小直接决定了其对三氯生吸附去除的效果。3氯生在碳纳米管上的吸附行为(1)3种粒径的CNTs均有较高的三氯生去除率。粒径在10~30nm的CNTs去除效果最好,最高去除率达94.5%。而粒径>50nm的CNTs,最高去除率只有81.1%。(2)温度对三氯生在碳纳米管上的吸附影响不大,低温有利于吸附反应的进行。(3)pH对三氯生在碳纳米管上的吸附有较大的影响