含氮超交聯聚合物對磺胺二甲基嘧啶的吸附

羅雨薇，姜 峰，劉婉月，陳 思，高和軍,，廖運文

（1.西華師范大學化學化工學院，四川 南充 637000；2.西華師范大學應用化學研究所，四川 南充637000）

目前對于抗生素污染的去除方法主要為過濾、活性炭吸附、化學氧化法、膜分離法和生物處理法[1]。吸附法因其操作簡便，經濟高效常被用來處理抗生素污染。2018年，song等人采用改進的Hummers法制備得到氧化石墨烯（GO）對磺胺二甲基嘧啶進行吸附，吸附量達到138.50mg/g[2]。筆者通過外交交聯劑聯苯二氯芐“編織”剛性的2-氨基苯并咪唑芳香族單體，一步合成一種外貌多孔含有豐富含氮吸附位點的交聯吸附劑，研究該吸附劑對SM2吸附的最佳條件，對實際處理廢水中的抗生素具有參考和實踐意義。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

濃鹽酸購于成都科龍化工試劑廠，磺胺二甲基嘧啶（C6H9N3O2S），三氯化鐵（Ⅲ)六水合物(FeCl3·6H2O)，聯苯二氯芐（C14H12Cl2），2-氨基苯并咪唑（C7H7N3），1,2-二氯乙烷（C2H4Cl2）無水乙醇（C2H5OH）購于阿拉丁（試劑）上海有限公司。

1.2 吸附劑的制備

在常溫下，稱取0.23 g 2-氨基苯并咪唑，1.4 g聯苯二氯芐，2.27 g三氯化鐵，加入30 ml的1,2-二氯乙烷于反應釜中，混合均勻。將反應釜置于氣氛爐180℃反應7 h。反應結束后，將所得粗產品分別用超純水，無水乙醇，1 mol/L鹽酸進行洗滌過濾，至中性且濾液澄清，收集布氏漏斗中的黑色固體產物；140℃下，用無水乙醇對其進行索式提取，進一步純化24 h，得到產物,放置于真空干燥箱內烘干，將所得粗產品研磨過篩，得到一種超交聯含氮有機聚合物，記作HCPs-N。

1.3 吸附劑的表征

采用L6S紫外分光光度計（上海儀電分析），SIGMA 500型掃描電子顯微鏡（德國卡爾蔡司），NICOLET 6700型紅外分光光譜儀（賽默飛世爾科技）對HCPs-N吸附劑結構進行表征分析。

2 結果與討論

2.1 掃描電鏡分析

圖1是HCPs-N吸附劑的SEM圖。從圖1中看出，該吸附劑表面是粗糙和不規(guī)則的形狀，表面孔隙較多，結構復雜，存在大量孔隙結構和大小不等的介孔和微孔結構。最終發(fā)展為大孔結構這表明HCPs-N吸附劑可以為后續(xù)吸附磺胺二甲基嘧啶提供吸附位點。

2.2 紅外分析

為了表征聚合物中的特征官能團，對其進行了紅外光譜分析，1000～1500cm-1處出現了C-H的彎曲振動，在1620附近的峰是單體結構中芳香環(huán)骨架的振動峰。波數在2920cm-1的振動峰歸因為苯環(huán)上CH2的振動，在3420cm-1的振動峰歸因為N-H的振動。這表明本實驗成功合成了一種含氮的有機超交聯聚合物吸附劑HCPs-N。

圖1 HCPs-N吸附劑的掃描電鏡

2.3 初始pH對吸附性能的影響

當pH=7.40時，SM2的中性離子濃度達到最大，HCPs-N對SM2的吸附效果最佳。而隨著pH的增大，SM2陰離子增加，可能會與吸附劑表面產生靜電斥力，不利于吸附進行。

2.4 接觸時間對吸附的影響

HCPs對SM2的吸附經過了3個階段。在開始的一小時內，污染物被快速吸附，然后以相對緩慢的速度增加，最后達到平衡狀態(tài)。這是因為在吸附初期，HCPs-N表面有豐富的吸附位點；在60到180 min，對SM2分子的吸附慢慢達到飽和，這可能是因為吸附位點被逐漸占據且吸附質分子擴散到微孔和介孔中導致吸附速率下降[3]，在180 min達到吸附平衡。

2.5 動力學模型

本文分別利用假一階、假二階動力學模型，對不同溫度下HCPs-N對SM2吸附量的變化過程進行擬合。

假一階和假二階動力學模型表達式：假一階動力學模型：

假二階動力學模型：

在兩個模型中，t表示吸附時間（min），k1（min-1）和k2（g·mg-1min-1）分別是假一階與假二階吸附速率常數。qt和qe分別是在時間為t和吸附達到平衡時HCPs-N吸附劑對SM2的吸附量 (mg/g)。

用假二階動力學模型模擬3個不同質量分數的 SM2，所對應的 qe分別為 209.64、284.09、344.83mg/g，這與實際平衡時的吸附量（208.79，280.55，343.7mg/g） 接近，R12值都達到了0.999；所以用假二階動力學模型來描述HCPs-N吸附劑對SM2的吸附更符合實際情況，并表明其吸附有化學過程的參與。

3 結語

本實驗通過外加交聯劑方法用2-氨基苯并咪唑與聯苯二氯芐一步合成出的HCPs-N吸附劑，簡便快捷，沒有副產物產生，對環(huán)境不會造成二次污染。采用吸附法對SM2進行吸附，操作簡單，其對SM2的吸附最適pH為7.40，吸附3小時即可達到336.45mg/g的吸附量。并且隨著SM2濃度的增加，吸附量也增大；其吸附動力學的研究說明HCPs-N對SM2的吸附符合假二階動力學模型，吸附速率控制步驟為化學吸附。