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工业污水处理技术多巴胺的自聚附着行为及其机理

文章出处:人气: 发表时间:2017-09-26 14:34:26
工业污水处理技术多巴胺的自聚附着行为及其机理
 
多巴胺(dopamine),一种生物神经递质。2007年,H. Lee等从贻贝的黏附蛋白中获得启发,利用多巴胺研究了其在不同有机、无机材料表面的自聚涂覆功能,并成功形成了功能化的改性表面。自此,有关多巴胺在除神经学外的应用报道不断引起人们的关注。基于多巴胺的黏附性、还原性以及生物相容性,多巴胺及其衍生的复合粒子逐渐被用于各个领域,如抗菌、催化、生物传感器、细胞成像、膜技术、吸附等。尽管多巴胺具体的黏附机理还不是很清楚,但是科研人员普遍认为,这种性能与多巴胺所含有的邻苯二酚和氨基官能团有关。其中被广泛接受的解释有2种,一种是在不同的pH下,多巴胺自聚后所带电荷不同(见图 1),从而使得其所附着的材料表现出不同的功能;另一种是在水溶液中,多巴胺的邻苯二酚基团容易被氧化,生成含有邻苯二醌结构的醌化合物,多巴胺和其醌化合物发生反歧化反应,工业污水处理产生醌自由基,耦合形成交联键,从而在基体材料表面形成紧密附着的交联复合。这与随后发现的多巴胺表现出还原性能具有一致性。从多巴胺和氧化石墨烯的反应(见图 2)可直接观察到,混合了多巴胺的氧化石墨烯经过滤后,颜色变黑,说明氧化石墨烯被还原。随着多巴胺在除神经学领域外应用的增多,需对其作用机理进行深入研究,从而使其得到更广泛的应用。
 
 膜技术和吸附技术作为效率高、无污染的绿色处理技术,其工艺和实际应用水平在不断提高,必将更广泛地应用于工业废水和生活污水的处理。多巴胺作为一种绿色物质,结合其自身自聚、黏附、还原等特性,在污水处理中有着独特的作用。针对多巴胺在吸附和膜技术方面的应用研究,以下几方面的工作值得进一步开展:
(1)对于多巴胺自聚-复合的机理研究还需进一步深化,这有利于扩展多巴胺的应用范围。
(2)工业污水处理技术多巴胺用于膜技术的表面功能改性,能改变膜的亲水性,提高抗油污能力,从而延长膜的使用寿命。然而在改性过程中其均一性和厚度很难把握,而这对于膜的水通量以及除污效果有很大影响。因此,寻找更方便可行的可大规模生产的均一、厚度可控的方法来对膜进行改性具有重要意义。
(3)目前,将多巴胺用于膜表面功能改性的研究不少,然而直接用于制备复合膜的研究相对来说还比较少,应加强此方面的研究,以利于开发新产品,控制生产 。
(4)对水污染中的3大类主要污染物:重金属离子、有机染料、微生物,前两者都已有多巴胺的应用研究,但对微生物方面的研究很少有涉及,而此类污染物对水体质量也有很大的影响力。可以运用多巴胺的特性进行该方面的研究,从而对污水中的微生物进行处理。
(5)研究具有效率高、易生化降解、原料来源丰富、制备成本低、广谱应用、易于循环利用、不造成二次污染等优点的用于吸附的多巴胺复合材料仍是研究者的一大挑战。
 
我国对多巴胺在水处理方面的研究和应用已取得了一定的进步,但对其产品的性能及应用的深入研究与国外相比还有一定的差距。因此,今后一方面,应加强对多巴胺作用机理以及实际应用性能的研究,稳定产品质量,促进产品的工业化;另一方面,应寻找改性产品的最佳适用条件并对其各种应用性能进行研究,从而使开发的新产品具有多种功能,设计更合理,应用面更广。
 
 
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