以实验设计法评估不同因子对三卤甲烷形成之影响

本研究采实验设计方式,初步筛选重要三卤甲烷(Trihalomethane,THM)形成控制参数,包括溴离子、加氯量/有机物、温度及反应时间,并配合净水厂实际操作状况,进行参数范围设定,再利用统计软件比较各参数对THM物种形成之影响。研究结果显示含氯较高之THM物种(氯仿及二氯-溴仿),主要受溴离子及温度影响,其中溴离子属负效应,温度则属正效应,当低溴离子浓度存在时,其生成含氯较高之THM物种高于低溴离子浓度者。至于二溴-氯仿之形成主要受溴离子及温度影响,但两参数均属正效应。在溴仿形成之控制参数与另三种THM物种不同,主要受溴离子及加氯量/有机物含量影响,前者属正效应,后者则属负效应,当高溴离子浓度存在时,高加氯量/有机物之比值者,其生成之溴仿,小于低加氯量/有机物比值者。

单层Ti_(3)C_(2)T_(x)/ZnO复合光催化剂的制备及对盐酸四环素的降解应用

采用二甲基亚砜(DMSO)插层法制备单层Ti_(3)C_(2)T_(x),并用共沉淀法合成了高催化活性的Ti_(3)C_(2)T_(x)/ZnO复合光催化剂。通过X射线粉末衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)和紫外-可见漫反射光谱(UV-Vis DRS)等手段进行表征。结果表明:ZnO与Ti_(3)C_(2)T_(x)复合后,其光催化性能得到了明显提升,当Ti_(3)C_(2)T_(x)与ZnO复合比例为16%时,其具有最佳的降解效果,在可见光照射2h下对盐酸四环素(TCH)降解率可达91.36%。光催化活性的提高主要由于Ti_(3)C_(2)T_(x)与ZnO表面形成的肖特基势垒有效地抑制了电子空穴的复合,提高了光催化效率。

MPPM表面UiO-66-SO3H的构建及其性能

选用惰性微孔聚丙烯膜(microporous polypropylene membrane,MPPM)作为UiO-66-SO3H的构建基底,通过丙烯酸紫外光接枝聚合、羧基与Zr(Ⅳ)的络合、溶剂热方法,成功地在MPPM上制得UiO-66-SO3H膜层。采用ATR-IR、XRD和SEM对膜表面进行分析,证实UiO-66-SO3H的存在。制得的膜在水中浸泡72 h,膜表面仍然保持良好的微观形貌,展现出很好的水稳定性。离子渗透性能研究发现,制得的膜具有优异的离子渗透性能,Li^(+)和Mg^(2+)的渗透速率分别达到0.484和0.261 mol·m^(-2)·h^(-1)。对膜进行弯曲,在弯曲曲率为500 m^(-1)时,膜的离子渗透性和选择性仍然保持稳定,Li^(+)和Mg^(2+)的渗透速率变化分别为2.5%和8.4%,Li^(+)/Mg^(2+)分离比的变化仅为5.4%,说明制得的膜具有良好的柔韧性。

超亲水SiO2修饰膜的构建及其油水乳液分离性能

采用硅溶胶和多巴胺作为修饰剂,通过一步反应在微孔聚丙烯膜(MPPM)表面构建了SiO_2修饰层。利用FTIR、ESEM和EDX对膜进行了表征,发现膜表面SiO_2颗粒分布非常均匀。水/油接触角及纯水通量实验结果表明,修饰膜具有超亲水性及水下超疏油性,透水能力强,水通量大[在0.1 MPa时,水通量高达(5100±500)L·m-2·h-1]。油水乳液分离结果表明,修饰膜能有效分离油水乳液,在0.05 MPa时,油水乳液水通量达2830 L·m-2·h-1,油截留率达99.8%以上,即使过膜压力增大到0.15 MPa,油截留率也能保持在99%以上,且膜表面的油污可用水清洗除去,展现出很好的应用前景。

聚丙烯微孔膜的表面矿化修饰及其亲水性能

为了改善聚丙烯微孔膜(MPPM)的表面亲水性,通过组合多巴胺氧化聚合和交替浸渍矿化修饰技术,在MPPM表面构建了均匀的CaCO3矿物层,实现了利用CaCO3矿物对膜表面进行亲水化修饰的目的。采用FTIR、XPS、ESEM、EDX和水接触角对矿化膜表面进行了相应的表征。考察了溶液浓度、浸渍循环次数及聚多巴胺涂覆率等对CaCO3矿化率的影响。结果证实,CaCO3矿物均匀地负载在MPPM表面,膜的亲水性因CaCO3固有的润湿性而明显改善。纯水通量测试结果表明,矿化膜具有强的水渗透能力,纯水通量大(高达6450 L·m-2·h-1),渗透阻力小,施加0.01 MPa的外压,水即可透过膜。油水乳液分离研究发现,矿化膜能有效地分离一定范围的油水乳液,水通量大(>1800 L·m-2·h-1),且膜容易用水清洗,展现出理想的油水乳液分离应用前景。

铅(Ⅱ)离子印迹复合膜对重金属离子的吸附热力学与吸附动力学

以聚丙烯微孔膜(MPPM)为支撑,通过物理包埋和紫外线诱导共价键合组合法固定二苯甲酮,再通过紫外线引发丙烯酸和乙二醇二甲基丙烯酸酯接枝共聚制备了Pb(Ⅱ)离子印迹复合膜。采用平衡吸附和竞争渗透实验考察了印迹复合膜对Pb(Ⅱ)离子的吸附与选择能力。结果发现,印迹复合膜对Pb(Ⅱ)具有良好的吸附及渗透选择性,其对Pb(Ⅱ)的饱和吸附量分别为Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的2.86倍和2.75倍,48h的渗透量分别为Cu(Ⅱ)和Zn(Ⅱ)的3.8倍和3.1倍;Langmuir等温吸附模型与平衡吸附数据相当吻合(R2≥0.991),吸附属于单分子层吸附;动力学研究结果表明,印迹复合膜对重金属离子的吸附过程符合Lagergren准二级动力学模型(R2≥0.998,ΔQ<10%),吸附过程主要受化学作用控制;印迹复合膜对重金属离子的吸附自由能变(ΔG)、吸附焓变(ΔH)及吸附熵变(ΔS)均为负值,说明吸附是一个自发、放热的过程;|ΔH|>|TΔS|,表明吸附过程是一个焓驱动过程。

接枝改性羧甲基竹纤维素对铜离子的吸附研究

以羧甲基竹纤维素(CMC)为原料,以丙烯酰胺(AM)为单体,合成CMC-AM共聚物。并进行正交实验条件优化,得出最佳的工艺条件:质量分数为10%的过硫酸铵为引发剂,m(CMC)∶m(AM)为1∶4,接枝反应时间为3 h,反应温度为60℃。在上述工艺条件下,共聚物总接枝率可达158.5%。采用静态法测定接枝共聚物对铜离子的去除效果。实验结果表明,CMC-AM共聚物对铜离子有很好的吸附脱除性能,吸附能力达到600 mg/L,吸附容量可达14.23 mg/g。

羟基镧改性树脂的制备及其对氟离子的吸附

采用共沉淀法制备了羟基镧改性D101树脂复合吸附剂,利用扫描电子显微镜及能谱分析仪、红外光谱和比表面积分析仪对复合吸附剂的结构和形貌进行了分析,并对水溶液中氟离子(F^-)进行吸附研究,探讨了该复合吸附剂对F^-的吸附特性,并将其应用于实际含氟废水的处理。结果表明:在25℃、F^-初始质量浓度为10 mg/L、吸附剂量为0.4 g/L、溶液pH=5时,F^-吸附量最大,为24.45 mg/g;复合吸附剂对F^-的吸附动力学数据遵循拟二级动力学反应模型,整个吸附反应为多级控制过程;复合吸附剂对F^-的吸附符合Langmuir吸附等温模型,在10℃、25℃和35℃下,吉布斯自由能(ΔGo)均小于0,焓变(ΔHo)大于0,熵变(ΔSo)大于0,表明该吸附反应为自发吸热熵增过程。采用羟基镧改性D101树脂复合吸附剂可以有效去除实际含氟废水中的氟化物,实现废水的达标排放。

高温焙烧改性混凝污泥对氨氮的吸附特性

采用高温焙烧改性混凝污泥,通过SEM、XRD对改性前后的污泥进行了表征。本研究探讨改性污泥对水溶液中氨氮的吸附动力学、吸附热力学和吸附特性。结果表明：改性污泥对氨氮吸附符合Freundlich 吸附等温式;分别采用拟一级反应、拟二级反应和颗粒内扩散反应模型对吸附动力学过程进行了拟合,实验数据遵循拟二级动力学反应模型;并计算吸附热力学参数,在30、40和50℃下,对应的Gibbs自由能（ΔG0）分別为-1.915、-1.744和-1.719 kJ ·mol-1,显示该反应属自发性进行;焓变（ΔH0）〈0,证实该反应为放热反应;熵变（ΔS0）〈0,说明该吸附反应是熵值减小的过程;黏附概率S＊=0.0812介于0～1范围内,表明该吸附过程主要为物理吸附。

Mn-Al双氢氧化物对氟离子的吸附热力学和动力学研究

采用共沉淀法制备Mn-Al双氢氧化物吸附剂,并利用扫描电子显微镜(Scanning Electron Microscope,SEM)、红外光谱(Fourier transform infrared spectroscopy,FTIR)和比表面积分析仪(Brunauer-Emmett-Teller surface area,BET)等对吸附材料进行了分析。并考察了其对氟离子吸附过程的热力学和动力学,并计算不同温度下该吸附过程的热力学参数。实验结果表明:pH值对Mn-Al吸附剂除氟效能有一定的影响,pH值为6时吸附容量最佳达到了44.15 mg·g-1;实验数据遵循拟二级反应动力学模型;Mn-Al吸附剂对氟离子的吸附符合Langmuir-Freundlich吸附等温模型;热力学参数吉布斯自由能(ΔG0)小于零,焓变(ΔH0)>0,熵变(ΔS0)>0,说明Mn-Al双氢氧化物吸附剂对氟离子的吸附反应是自发吸热熵增过程。

铜(Ⅱ)离子印迹复合膜的静电组装法制备及其吸附特性

将聚丙烯酸和聚亚乙基亚胺-Cu(Ⅱ)络合物通过静电作用交替组装到聚丙烯微孔膜(MPPM)表面,再通过环氧氯丙烷的交联,使组装层形成交联体系,洗脱除去Cu(Ⅱ)离子,制得Cu(Ⅱ)离子印迹复合膜。采用FTIR、XPS和ESEM对膜表面的化学组成及物理形态进行了表征。制得的离子印迹复合膜具有良好的亲水性和稳定性,吸水量能够达到MPPM的819倍以上;在1.5 mol·L-1的NaCl水溶液或55℃水浴中振荡洗涤48 h,膜表面的组装层质量能保持在94%以上。平衡吸附实验结果发现,离子印迹复合膜对Cu(Ⅱ)离子具有良好的吸附能力与高的选择性,饱和吸附量可达112.87μg·cm-2,以Pb(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Ni(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Mg(Ⅱ)或Mn(Ⅱ)作为竞争离子,膜对Cu(Ⅱ)离子的选择性系数分别达17.72、26.66、17.43、16.87、29.72和19.75。吸附热力学与动力学研究结果表明,吸附属于单分子层吸附,吸附主要受化学作用控制。制得的离子印迹复合膜具有良好的再生能力,10次吸附-脱附循环后,对Cu(Ⅱ)离子的吸附量能保持在90%以上。

Mn-Al双金属氢氧化物的制备及其除氟性能

采用共沉淀法制备Mn-Al双金属氢氧化物吸附剂,优化了合成条件,并利用扫描电子显微镜(Scanning electron microscope,SEM)及能谱分析仪(Energy dispersive spectrometer,EDS)、X射线衍射仪(X-ray diffraction,XRD)、热重分析仪(Thermogravimetric analyzer,TGA)、比表面积分析仪(Brunauer-Emmett-Teller surface area,BET)等对吸附材料进行表征探讨。研究结果表明pH值和共存离子等因素对Mn-Al双金属氢氧化物吸附剂除氟效能有一定的影响,在pH为6时,达到最大吸附容量,为44.15mg·g-1,氯离子和硝酸根离子能够提高吸附剂除氟效率,磷酸根离子与氟离子有一定的竞争吸附。

紫外光诱导接枝共聚制备离子识别性聚丙烯微孔膜

以聚丙烯微孔膜(MPPM)为支撑,采用物理包埋和紫外光诱导共价键合组合法固定光引发剂,再通过紫外光诱导接枝共聚制得离子印迹复合膜。考察了制备条件对离子印迹聚合物接枝量的影响,并用扫描电子显微镜(SEM)-能量色散X射线光谱仪(EDX)对复合膜表面及截面离子印迹聚合物的分布进行了分析。静态水接触角和纯水通量实验结果显示,离子印迹复合膜具有良好的表面亲水性和渗透性,纯水通量可达(2 077±77)L/(m2.h)。再生性研究表明,离子印迹复合膜具有良好的再生性能,10次吸附-脱吸附循环后,膜对Pb(Ⅱ)的吸附量和选择性系数分别能维持在90%和80%以上。

分子筛吸附脱除乙醇中微量水的研究

研究了不同分子筛对乙醇中微量水的吸附性能,结果表明4A分子筛的吸附效果最好;测定了不同温度下乙醇中微量水在4A分子筛上的静态吸附平衡数据,并用Langmuir和Freundlic两个吸附等温式分别进行拟合,发现具有较好的吻合度(相关系数大于0.98);采用固定床测定了不同粒径、不同初始浓度、不同床层高度、不同流量下的动态穿透曲线,为吸附工艺设计提供参考。

聚丙烯微孔膜表面AgCl修饰层的构建及其抗菌性

通过多巴胺氧化聚合修饰及交替浸渍技术在聚丙烯微孔膜(MPPM)表面构建了Ag Cl修饰层。采用FTIR、XPS对构建过程膜表面的化学变化进行了分析;采用SEM-EDX对膜表面形态及Ag Cl分布进行了考察;通过表面水接触角及水通量的测定分析了膜的亲水性;采用平板活菌计数法评价了膜对大肠杆菌及金黄色葡萄球菌的抗菌能力。结果表明,制得的修饰膜具有强的抗菌能力和良好的表面亲水性,其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌率分别达99.2%和100%。

微孔聚丙烯膜表面季铵化及其抗菌性能

为了赋予微孔聚丙烯膜(MPPM)抗菌能力,发展了一种有效的表面季铵化方法。基于紫外光引发丙烯酸的接枝聚合,通过碳二亚胺活化,将聚亚乙基亚胺(PEI)共价固定于MPPM表面,用环氧丙烷对PEI链上的伯胺和仲胺进行叔胺化,最后再和苄氯反应,成功地使MPPM表面季铵化。采用FTIR、XPS、荧光素二钠盐染色和水接触角对膜进行了表征。采用平板活菌计数法考察了季铵化膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌性能。结果显示,季铵化膜对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌均具有强的抗菌活性;增加膜表面阳离子密度或延长接触时间,均能有效提高膜的抗菌能力。

硫化锌/铁酸铜复合材料的制备及其光催化性能研究

在水和乙二醇溶液体系中,采用水热法制备了硫化锌/铁酸铜(ZnS/CuFe_(2)O_(4))复合材料,采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)对材料的结构和形貌进行了表征,考察了不同制备温度和时间下复合材料对亚甲基蓝的光催化降解,结果表明:水热温度为120℃,时间12h,对亚甲基蓝的降解效果最佳,可达98.2%。

微孔聚丙烯膜表面氨基化修饰

发展了一种氨基接枝密度和分布可控的微孔聚丙烯膜(MPPM)表面修饰方法。首先通过紫外光接枝聚合法,在MPPM上接枝聚丙烯酸甲酯(PMA);然后通过丙烯酸甲酯和乙二胺的酰胺化缩合和Michael加成交替反应,将氨基可控地引入到MPPM表面。采用FTIR、XPS和ESEM对氨基化膜表面的化学组成及物理形态进行了表征;考察了氨基化膜的表面亲水性及渗透性能。结果表明,氨基化膜表面亲水性显著改善,吸水量可达(1 311.29±97.56)μg/cm2,为未修饰MPPM的145倍;制得的氨基化膜具有良好的水通量和金属离子渗透性能。

微生物产角蛋白酶及其应用

角蛋白是地球上丰度最高的纤维状蛋白质,其结构稳定,不易被蛋白酶水解,因此角蛋白的回收再利用受到限制。角蛋白酶能特异水解角蛋白,将角蛋白废弃物转变成有价值的产物,如肥料及土壤修复剂、饲料原料、绿色能源、絮凝剂以及护肤品成分等;角蛋白酶还可直接用于医药、皮革加工、洗涤剂成分、纺织和重金属回收等领域。本文综述了角蛋白酶的来源、分类和性质,通过定向进化或理性设计对酶分子进行改造,以改变酶对底物的特异性,提高酶的催化效率,提高酶对极端pH、高温、盐和化学试剂等的耐受性;介绍了酶的高效表达育种和发酵工艺优化及角蛋白酶在农业、环境保护、纺织行业、化妆品行业及医药行业的应用;最后对角蛋白酶的发展前景做了展望。

微孔聚丙烯膜表面壳聚糖季铵盐的共价修饰及其抗菌性能

为了赋予微孔聚丙烯膜(MPPM)抗菌能力,增强其抗污染性能,本文通过丙烯酸的光引发接枝聚合、壳聚糖与聚丙烯酸的酰胺化反应、壳聚糖胺基与2,3-环氧丙基三甲基氯化铵的开环加成,成功地在MPPM膜表面通过共价修饰技术构建了壳聚糖季铵盐修饰层。构建过程通过FTIR、XPS和荧光素二钠盐染色分析得到了证实。静态水接触角和吸水量实验结果表明,制得的修饰膜具有优异的表面润湿性和吸水性,吸水量可达11.23mg/cm^2,为未修饰MPPM的1123倍。以大肠杆菌和金黄色葡萄球菌为代表,采用平板活菌计数法考察了修饰膜的抗菌性能和抗菌稳定性。研究结果表明,修饰膜具有良好的抗菌活性,对大肠杆菌的抗菌率可达98%,对金黄色葡萄球菌的抗菌率可达100%,且抗菌效果稳定,在水处理领域具有潜在的应用前景。