新型两亲嵌段共聚物纳米纤维膜材对环境雌激素的吸附及机理研究

Estrogens, as one typical endocrine disrupting compounds, having the persistence and refractory characteristics, could lead to the endocrine disorders and feminization of animal even at ng/L levels, so it brings about a big threat to water quality assurance and ecological security. One of the contemporary focal issue and difficults is researching more efficent absorbents for removal the estrogens and understand the absorption mechanism. In our study, considering the interaction of estrogens and the polymer absorbents, we design a novel amphiphilic block copolymer. Meanwhile, the novel amphiphilic block copolymer is modifed by β-cyclodextrin-NH2 (β-CD) by green grafting reaction in mild condition for facilitated the absorption of estrogens. The hydrophility and hydrophobicity of the copolymer is adjusted by changing the ratio of hydrophilic block and hydrophobic block. The content of β-CD is controlled by the reaction condition. Combining the modern nanotechnology, the nano and micro fibers membrance from copolymers are prepared by electrospinning. Three typical estrogens are used as research subjects. The relationship of copolymer molecular formula and estrogens are illustrated and further infer the sorption mechnism, which will lay a foundation for the polymer as absorbents for deeply removal the estrogens for water.

环境雌激素是在水循环过程中长期存在、难降解的一类典型内分泌干扰素，它即使在极低的浓度下可能导致动物内分泌紊乱及雌性化的趋势，因而对水体和生态安全构成很大威胁。开发高效的吸附材料去除环境水体中的雌激素并明确其吸附机理是目前研究的热点和难点之一。本课题针对典型雌激素的分子特征，基于聚合物与典型环境雌激素可能发生的相互作用，从分子角度设计一种新型两亲嵌段共聚物，并通过绿色接枝具有包络能力的环糊精，促进其对环境雌激素的吸附。通过改变亲疏水嵌段比例，调节材料的亲疏水性；通过控制反应条件，调节环糊精的接枝量。结合现代纳米电纺技术，将合成的聚合物材料通过静电纺丝，制备微纳孔结合的纳米纤维薄膜。以三种典型环境雌激素为研究对象，通过精确控制材料的分子组成和物理结构，从理化性质两方面共同阐明材料与环境雌激素的关系，进而推断吸附机理，为材料在深化处理水体中环境雌激素的应用奠定基础。

环境雌激素是环境中长期存在、难降解的一类典型内分泌干扰素，在极低的浓度下可能导致动物内分泌紊乱和雌性化的趋势，对生态环境安全造成很大威胁。本研究针对典型雌激素的分子特征，设计了新型两亲嵌段共聚物，通过纳米纺丝技术，制备纳米纤维薄膜。研究了聚合物的亲疏水性能对典型环境雌激素的吸附影响，对比了微孔聚合物膜与纳米纤维薄膜的吸附速率及吸附容量。考虑典型雌激素在水体中可能的胶体存在状态，根据前面研究结果，设计和合成了两种新型的阳离子聚丙烯酰胺，研究了其对环境雌激素的絮凝吸附作用，并探讨了絮凝吸附机理。此外，进一步研究了典型雌激素在水-土中的迁移转化特性，明确环境雌激素在实际水体中的可能存在状态，为环境雌激素的去除提供理论基础。研究所得到的主要结果如下：.（1）采用丙交酯和改性聚乙二醇，成功制备了不同亲疏水性能的两亲嵌段共聚物PDLLA-PAPI-PDLLA，采用浸没沉淀相转化法和纳米纺丝技术，分别制备了微孔薄膜和纳米纤维薄膜；.（2）研究表明，材料亲水性越强，EE2和BPA在材料表面的吸附速率越快，越容易达到吸附平衡；反之，疏水性越强，EE2和BPA在材料表面的吸附速率越慢，达到吸附平衡所需的时间越长。当达到吸附平衡时，材料的疏水性越强，其吸附能力越大。上述结果表明，亲疏水性是影响材料吸附的一个重要因素，通过调节亲疏性性能，可以调节材料对目标物质的吸附能力；.（3）由于纳米纤维薄膜具有很好的水通透性和更高的比表面积，因而，吸附能力远大于微滤膜，吸附量达16.3mg/g。所得实验结果为吸附材料的物理制作提供了理论依据；.（4）成功制备了两种新型阳离子聚丙烯酰胺PADA和PAA，研究了它们对典型雌激素的絮凝吸附作用，探讨了絮凝吸附机理。研究结果表明，在适当的条件下，PADA对E1的去除率达90%以上，PAA对E2的去除率达92%以上；.（5）研究了三峡消落带土壤对雌激素的吸附解吸性能，结果表明，受不同淹水强度作用的消落带土样有机质、粒径分布等性质差异明显，进而在对EE2和BPA的吸附速率、吸附容量、吸附非线性及解吸滞后性等方面存在明显差异。