开题报告内容:(包括拟研究或解决的问题、采用的研究手段及文献综述,不少于2000字)
1、论文研究的目的与意义
目前,水环境中的药物残留问题引起了国内外的广泛关注,未被完全吸收、利用的药物或其代谢物将通过尿液、粪便排泄等途径进入城市污水或医院污水,而污水处理厂现有处理技术不能对其进行有效去除,有可能在水环境中形成假性持久性污染,而许多有机污染物具有致癌、致畸、致突变且难生物降解的特点,会对生态环境以及人类健康造成危害,因此,对这类水体污染物的处理已经刻不容缓。
药物及个人护理品(PPCPs)是一种新型污染物,它的去除是目前国内外研究水体污染物的热点方向,其包括各种各样的化学物质,例如各种处方药和非处方药(如抗生素、类固醇、消炎药、降压药减肥药等)、化妆品、遮光剂、染发剂等。据国外的研究表明,相关的PPCPs 在环境中普遍存在,但是其质量浓度通常非常低,多数情况下在 ng/L~mu;g/L 水平。对于低浓度的 PPCPs,吸附法不失为一种有效的去除手段。
吸附法是去除水体污染物的有效方法之一,但传统的吸附材料大多存在选择性差、吸附容量低等缺点,所以开发高效、绿色环保的吸附剂是吸附去除水体污染物的关键。近年来,一些水相稳定的 MOFs常被应用于吸附去除水中的环境优先有机污染物,利用 MOFs 的优异吸附性能可以大大消减其在水中的含量。金属有机骨架材料(metal-organic frameworks,简称MOFs)是一类杂合的有机-无机超分子材料,由于其具有较大的比表面积、较高的孔隙率、特殊的金属中心(饱和或不饱和金属位点)等独特的性质以及丰富的几何构型,使其在催化以及吸附相关领域内具有传统多孔材料无法比拟的、巨大的应用潜力,也是当今新材料领域的研究热点与前沿之一。当前,将新材料应用于水体污染前景广阔,对环境治理和生态修复具有重要意义。
2、本论文国内外研究的历史和现状(文献综述)
配位化学理论是金属有机骨架的基础。20 世纪90 年代,Hoskins 和Robson 在它们的研究中第一次将拓扑学理论应用到配位化合物中,并预测了MOFS材料的许多特性:离子交换,气体吸附,催化性质甚至可以通过后合成修饰引进不同功能基团。这一具有开创性的研究成果为MOFS发展奠定了基础并为其发展指明了方向。1995 年,美国密歇根大学的Yaghi 等人制备出一种具有可逆吸附性质的层状结构化合物(Co-BTC),并且第一次提出了金属-有机骨架材料这一概念,引起了众多科学家的兴趣,之后在1999 年Yaghi 研究组采用金属Zn的二价离子和具有刚性的有机配体均苯二甲酸,成功合成了经典的三维结构材料MOF 5。迄今为止,已有大量 MOFs 被合成应用于去除环境中的有害物质,产生这种吸附作用的机理有多种: 如静电作用,酸平衡作用,氢键,pi;-pi; 堆积,疏水作用等,有时,对于特定的吸附过程,各种作用机理可能交互发生。目前,将MOFs应用于处理水中污染物的项目越来越多,其良好的吸附性能引起了国内外科研人员的广泛关注。据文献调查,利用MOFs吸附环境中抗生素的相关课题是近几年才开始兴起的,但其相关研究项目并不多。其中,关于寻找优质的MOFs材料吸附不同抗生素以及对原有MOFs材料进行改性是多数文章中的关键步骤。由此,如何设计合成性能优异的MOFs材料,如何提高金属有机框架材料的综合性能则是论题研究的首要问题。
在我国,水环境中常用的抗生素去除技术混凝一沉淀一过滤一消毒作为常规处理,在工艺上难以去除抗生素类药物,目前常用于去除水环境中抗生素的技术有物理化学技术和生物技术等,其中物理化学技术包括活性炭吸附技术、膜过滤技术、高级氧化技术等。据《科学通报》报告称,我国地表水中含有68种抗生素,且浓度较高。此外,还有90种非抗生素类医药成分被检出。而目前的水处理技术还难以完全去除水中的微量抗生素,高效去污装置的开发显得尤为迫切。于是,开发新材料减少水环境污染成为了近几年的一大热点问题,本课题将合成新材料对水体抗生素进行吸附性能、不良影响、使用效益等各方面的研究,希望可以创新性实现抗生素去除方法的改进,为人类环境保护、生态健康做出贡献。
3、参考文献
[1]肖冰心,刘杰,王双,井淑波.离子热合成金属有机骨架材料最新研究进展[J].化工进展,2014,33( 9) :2363 ~2371.
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