• Изтегляне на цитата
  • https://doi.org/10.1080/14686996.2018.1499381
  • CrossMark

Органични и меки материали (колоиди, течни кристали, гел, полимери)

  • Пълен член
  • Цифри и данни
  • Препратки
  • Допълнителни
  • Цитати
  • Метрика
  • Лицензиране
  • Препечатки и разрешения
  • PDF

РЕЗЮМЕ

ГРАФИЧЕН РЕЗЮМЕ

проектиране

1. Въведение

Едно от най-големите екологични предизвикателства на двадесет и първи век е посрещането на нарастващото търсене на висококачествена вода. Поради това много ресурси са насочени към подобряване и разработване на технологии за пречистване на водата [1, 2]. Голям брой изследвания имат за цел да разработят нови сорбенти за отстраняване на замърсители [3 - 6], като органично модифицирани глинени минерали, наречени органоглини [7, 8]. Съвсем наскоро адсорбираните композити от полимерна глина често надвишават ефективността на търговските сорбенти и следователно привличат вниманието като сорбенти за пречистване на вода [9 - 11]. Демонстрирахме, че композитите на базата на протониран поли (4-винилпиридин) (PVP), електростатично адсорбирани, чрез катионен обмен, до монтморилонитова глина (MMT) се представят по-добре от други композити от полимерна глина [12] поради обхвата на взаимодействията, които PVP може да образува с микро замърсители. В допълнение, пиридиновата група на полимера може да бъде допълнително функционализирана за подобряване на композитните характеристики [13, 14]. Всъщност адсорбираните функционализирани PVP-MMT композити са ефективни сорбенти за филтриране на различни замърсители, включително разтворени органични вещества [14], пирен [15], фенолни производни [16], фармацевтични продукти [13] и пестициди [12, 17].

С това се предлага нов подход за проектиране на регенерируеми композитни сорбенти от полимер-ММТ, базиран на ковалентно присаждане на реагиращ на стимули полимер към глина. Присаждането на функционални полимери към глинестите минерални повърхности подобрява способността да се настройват свойствата на глинестите минерални повърхности [18]. Такива закотвени полимери образуват стационарна фаза, която може да подобри ефективността на композита [19]. Многобройни наночастици, присадени с полимер, като графен [20], злато [21, 22], магнетит [23, 24], метални оксиди [25, 26] и естествени глини [27 - 29], са докладвани и използвани за широк спектър от приложения.

Допълнително предимство на присаждането е, че могат да се постигнат по-високи натоварвания в сравнение с адсорбиращите полимери. Освен това полимерите могат да реагират на външни стимули, например рН [30, 31], температура [32], йонна сила [33] или инфрачервена светлина [21]. Ковалентното присаждане на такива полимери към повърхността ще доведе до стабилни полимерни четки, отговарящи на стимули [34, 35], които реагират на стимул чрез промяна на повърхностната химия и структура и следователно могат да адсорбират или десорбират замърсители. Всъщност наскоро бяха признати сорбционните свойства на присадените полимерни четки върху глини [28, 36, 37]. Нито едно от тези проучвания обаче не демонстрира приложението на тези сорбенти във филтрационни колони, което е най-вероятният режим, при който всеки кандидат-сорбент ще бъде приложен и сравнен с други сорбенти [34]. Освен това, в много случаи ограничителният фактор при прилагането на такива сорбенти е тяхната неефективна повторна употреба [38, 39], тъй като регенерацията трябва селективно да отстранява замърсителя, докато полимерът трябва да остане непокътнат. Следователно това предизвикателство все още не е разрешено правилно [38].

В това проучване разработихме регенерируем, реагиращ на рН сорбент, базиран на PVP четки, присадени към монтморилонит (GPC). Характеристиките на новия GPC бяха сравнени с тези на конвенционалните, електростатично адсорбирани PVP глинени композити (адсорбиран PVP композит [APC]). GPC е проектиран да реагира на pH; при ниско умерено рН полимерът претърпява протониране, насърчавайки адсорбцията на замърсителя, докато при високо рН полимерът се депротонира, насърчавайки десорбцията на замърсителя. Изследван е потенциалът за отстраняване на шест водни микро замърсители, селенат, арсенат, сулфентразон, атразин, метилово синьо и еозин-Y чрез GPC. Филтрирането на оксианиони (селенат) и органични аниони (еозин-Y) чрез GPC колони е по-ефективно, отколкото чрез APC колони или от търговски сорбентни колони. Освен това беше успешно демонстрирана регенерация на GPC в колона, индуцирана от рН.

2. Експериментален раздел

2.1. Материали

Монтморилонитовата глина, SWy-2 (MMT), е закупена от източника на глинени хранилища (Clay Minerals Society, Columbia, MO, USA). 3-аминопропилтрието-ксисилан (ATPES), 2-бромоизобутирил-бромид (BIB), 4-винилпиридин (4-VP), PVP, етанол, глицерол, безводен толуен и безводен триметиламин (TMA) (високоефективна течна хроматография), калиев арсенат (KH2AsO4), еозин-Y (C20H6Br4Na2O5), сярна киселина (98%) и медни соли (CuCl H2O и CuCl2) са закупени от Sigma Aldrich Ltd., Rehovot, Израел. Трис (2-диметиламиноетил) амин, калиев селенат (K2SeO4) и метилово синьо (C37H27N3Na2O9S3) се доставят от Alfa Aesar, Yehud, Израел. Атразин (C8H14ClN5) 98% и сулфентразон (C11H10Cl2F2N4O3S) 91,3% са получени от Makhteshim-Agan Industries Ltd., Тел Авив, Израел. Гранулиран активен въглен (GAC) Hydraffin 30 N Donau Carbon е получен от Reactive Ltd., Индустриален парк Shahak, Израел. Анионообменна смола за питейна вода (AMBERLITE ™ PWA15), произведена от Dow Water & Process Solutions, е получена от TREITEL Chemical Engineering Ltd., Тел Авив, Израел.

2.2. Приготвяне на адсорбиран PVP композит

По-рано беше съобщено за подготовката на APC [12]. Накратко, PVP (3 g) се разтваря в 14 mM разтвор на H2SO4. След това полимерният разтвор се добавя бавно към MMT суспензия (1.67 g/L). Твърдото вещество се отделя от супернатанта чрез центрофугиране, измива се и се суши чрез замразяване.

2.3. Приготвяне на присаден PVP композит

Етапите при модифициране на повърхността на монтморилонит са илюстрирани на фигура 1. Киселинно активиране и аминиране на повърхността на монтморилонит: Сухата MMT на фурна (15 g) се суспендира в 300 ml вода при 80 ° C. Сярна киселина (3 ml; 98%) се добавя към суспензията при разбъркване (120 минути). След това киселинно активираният монтморилонит (aa-MMT) се промива с дестилирана вода, лиофилизира се и се съхранява в ексикатор. След това сухият aa-MMT (10 g) се суспендира в 500 ml смес от етанол и вода (3: 1, обемно съотношение) под обратен хладник при 80 ° С. ATPES (6,24 ml) се смесва в 100 ml смес етанол/вода и се добавя на капки и температурата се повишава до 95 ° С за 24 часа. Твърдите вещества се отделят чрез центрофугиране, измиват се обилно с етанол и вода и се сушат чрез замразяване. Сухият ATPES присаден aa-MMT (aa-MMT – ATPES) се съхранява в ексикатор.