含氮超交联聚合物对磺胺二甲基嘧啶的吸附

罗雨薇，姜 峰，刘婉月，陈 思，高和军,，廖运文

（1.西华师范大学化学化工学院，四川 南充 637000；2.西华师范大学应用化学研究所，四川 南充637000）

目前对于抗生素污染的去除方法主要为过滤、活性炭吸附、化学氧化法、膜分离法和生物处理法[1]。吸附法因其操作简便，经济高效常被用来处理抗生素污染。2018年，song等人采用改进的Hummers法制备得到氧化石墨烯（GO）对磺胺二甲基嘧啶进行吸附，吸附量达到138.50mg/g[2]。笔者通过外交交联剂联苯二氯苄“编织”刚性的2-氨基苯并咪唑芳香族单体，一步合成一种外貌多孔含有丰富含氮吸附位点的交联吸附剂，研究该吸附剂对SM2吸附的最佳条件，对实际处理废水中的抗生素具有参考和实践意义。

1 材料与方法

1.1 实验材料

浓盐酸购于成都科龙化工试剂厂，磺胺二甲基嘧啶（C6H9N3O2S），三氯化铁（Ⅲ)六水合物(FeCl3·6H2O)，联苯二氯苄（C14H12Cl2），2-氨基苯并咪唑（C7H7N3），1,2-二氯乙烷（C2H4Cl2）无水乙醇（C2H5OH）购于阿拉丁（试剂）上海有限公司。

1.2 吸附剂的制备

在常温下，称取0.23 g 2-氨基苯并咪唑，1.4 g联苯二氯苄，2.27 g三氯化铁，加入30 ml的1,2-二氯乙烷于反应釜中，混合均匀。将反应釜置于气氛炉180℃反应7 h。反应结束后，将所得粗产品分别用超纯水，无水乙醇，1 mol/L盐酸进行洗涤过滤，至中性且滤液澄清，收集布氏漏斗中的黑色固体产物；140℃下，用无水乙醇对其进行索式提取，进一步纯化24 h，得到产物,放置于真空干燥箱内烘干，将所得粗产品研磨过筛，得到一种超交联含氮有机聚合物，记作HCPs-N。

1.3 吸附剂的表征

采用L6S紫外分光光度计（上海仪电分析），SIGMA 500型扫描电子显微镜（德国卡尔蔡司），NICOLET 6700型红外分光光谱仪（赛默飞世尔科技）对HCPs-N吸附剂结构进行表征分析。

2 结果与讨论

2.1 扫描电镜分析

图1是HCPs-N吸附剂的SEM图。从图1中看出，该吸附剂表面是粗糙和不规则的形状，表面孔隙较多，结构复杂，存在大量孔隙结构和大小不等的介孔和微孔结构。最终发展为大孔结构这表明HCPs-N吸附剂可以为后续吸附磺胺二甲基嘧啶提供吸附位点。

2.2 红外分析

为了表征聚合物中的特征官能团，对其进行了红外光谱分析，1000～1500cm-1处出现了C-H的弯曲振动，在1620附近的峰是单体结构中芳香环骨架的振动峰。波数在2920cm-1的振动峰归因为苯环上CH2的振动，在3420cm-1的振动峰归因为N-H的振动。这表明本实验成功合成了一种含氮的有机超交联聚合物吸附剂HCPs-N。

图1 HCPs-N吸附剂的扫描电镜

2.3 初始pH对吸附性能的影响

当pH=7.40时，SM2的中性离子浓度达到最大，HCPs-N对SM2的吸附效果最佳。而随着pH的增大，SM2阴离子增加，可能会与吸附剂表面产生静电斥力，不利于吸附进行。

2.4 接触时间对吸附的影响

HCPs对SM2的吸附经过了3个阶段。在开始的一小时内，污染物被快速吸附，然后以相对缓慢的速度增加，最后达到平衡状态。这是因为在吸附初期，HCPs-N表面有丰富的吸附位点；在60到180 min，对SM2分子的吸附慢慢达到饱和，这可能是因为吸附位点被逐渐占据且吸附质分子扩散到微孔和介孔中导致吸附速率下降[3]，在180 min达到吸附平衡。

2.5 动力学模型

本文分别利用假一阶、假二阶动力学模型，对不同温度下HCPs-N对SM2吸附量的变化过程进行拟合。

假一阶和假二阶动力学模型表达式：假一阶动力学模型：

假二阶动力学模型：

在两个模型中，t表示吸附时间（min），k1（min-1）和k2（g·mg-1min-1）分别是假一阶与假二阶吸附速率常数。qt和qe分别是在时间为t和吸附达到平衡时HCPs-N吸附剂对SM2的吸附量 (mg/g)。

用假二阶动力学模型模拟3个不同质量分数的 SM2，所对应的 qe分别为 209.64、284.09、344.83mg/g，这与实际平衡时的吸附量（208.79，280.55，343.7mg/g） 接近，R12值都达到了0.999；所以用假二阶动力学模型来描述HCPs-N吸附剂对SM2的吸附更符合实际情况，并表明其吸附有化学过程的参与。

3 结语

本实验通过外加交联剂方法用2-氨基苯并咪唑与联苯二氯苄一步合成出的HCPs-N吸附剂，简便快捷，没有副产物产生，对环境不会造成二次污染。采用吸附法对SM2进行吸附，操作简单，其对SM2的吸附最适pH为7.40，吸附3小时即可达到336.45mg/g的吸附量。并且随着SM2浓度的增加，吸附量也增大；其吸附动力学的研究说明HCPs-N对SM2的吸附符合假二阶动力学模型，吸附速率控制步骤为化学吸附。