瓜環(huán)固載樹脂的合成及其在水處理中的應(yīng)用.pdf

1、瓜環(huán)(CB[n],n=4~12,又稱南瓜尼、葫蘆脲),是繼環(huán)糊精、冠醚、穴醚及杯芳烴等超分子之后發(fā)展起來的一類新型大環(huán)化合物。它具有一個桶狀的剛性疏水空腔和兩個由多個富電子羰基氧原子組成的親水性端口,剛性的疏水空腔能夠有目的的選擇包結(jié)與其同系物尺寸相匹配的各種疏水性客體分子或疏水基團,而兩個具有電負性的端口可以通過氫鍵作用、離子-偶極作用等來鍵合一些有機分子和金屬離子,形成包結(jié)配合物。這樣的特殊結(jié)構(gòu)使得瓜環(huán)在分子識別、超分子催化、分子組

2、裝以及污水處理等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
　　上世紀(jì)九十年代,研究者開始將瓜環(huán)應(yīng)用于污水處理技術(shù)中,并對此作了一定的基礎(chǔ)研究工作。瓜環(huán)吸附污染物之后,可以采用臭氧氧化等手段實現(xiàn)瓜環(huán)的再生。但是隨著研究的進行,瓜環(huán)的缺點也暴露出來了,雖然瓜環(huán)在水中溶解度很低,而在酸性溶液(如甲酸、鹽酸、硫酸等)以及堿金屬離子、堿土金屬水溶液中,瓜環(huán)溶解度卻增大,且溶解度隨著溶液的酸度、金屬離子濃度的增加而提高,這導(dǎo)致了瓜環(huán)作為一種新型功能型材料來處

3、理廢水的效率不高。因此,有必要將瓜環(huán)鍵載到某載體上,以此來隱蔽瓜環(huán)同系物溶解性的弊端。
　　本實驗采用自制的CB[6],進行羥基衍生化后,得到羥基六元瓜環(huán)。在N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中,用氫化鈉作質(zhì)子接受劑、氯甲基化聚苯乙烯株(氯球)作為載體,通過氯甲基基團與羥基之間發(fā)生親核取代反應(yīng)將羥基六元瓜環(huán)鍵合到氯球上,制得瓜環(huán)固載樹脂,并采用紅外光譜、核磁共振波譜、掃描電鏡、表面Zeta電位測定對固載產(chǎn)物進行表征,結(jié)果表明這種固載方

4、法是可行的。并且通過N元素分析法確定了瓜環(huán)固載的最佳反應(yīng)條件:羥基瓜環(huán)與氯球的最佳投加量比為0.5:1,此時氯球表面上的鍵合位點達到飽和;反應(yīng)溫度以60℃最為適宜,溫度過高瓜環(huán)的固載量增加不明顯且氯球容易破碎;固載反應(yīng)的最佳時長為46h。
　　用瓜環(huán)固載樹脂對磺胺間甲氧嘧啶(SMM)作吸附實驗。結(jié)果表明樹脂固載瓜環(huán)對SMM有較好的吸附效果。吸附動力學(xué)實驗表明樹脂固載瓜環(huán)對SMM的吸附過程符合準(zhǔn)二級吸附動力學(xué)模型。pH值對瓜環(huán)固載樹

5、脂吸附 SMM有較大的影響,在弱酸性(pH=6~7)條件下,瓜環(huán)固載樹脂對 SMM的吸附效果最好,隨著溶液 pH的增大,瓜環(huán)固載樹脂表面Zeta電位會降低,靜電引力有所減弱,導(dǎo)致平衡吸附量會略有降低;而當(dāng) pH<6時,SMM與瓜環(huán)固載樹脂帶有相反的電荷,靜電斥力作用導(dǎo)致吸附受到明顯的抑制。電解質(zhì)的加入會抑制瓜環(huán)固載樹脂對SMM的吸附,二價陽離子對吸附的抑制作用更大一些。這是因為電解質(zhì)的加入會壓縮瓜環(huán)固載樹脂表面的雙電層的厚度,減弱了吸附

6、點位與SMM分子之間的靜電作用力;同時金屬陽離子包圍了帶負電荷羰基端口,阻礙了瓜環(huán)空腔對SMM的包結(jié)作用。瓜環(huán)固載樹脂的吸附能力隨著金屬陽離子濃度的增加而減弱。對SMM的吸附過程能夠被Henry吸附等溫線較好地擬合;同時吸附熱力學(xué)實驗結(jié)果表明,瓜環(huán)固載樹脂對SMM的吸附過程是一個放熱過程;計算結(jié)果顯示,吸附熵變<0,說明吸附過程是自發(fā)的;吸附熱<40kJ/mol,吸附過程主要是物理吸附,吸附過程是以靜電吸附為主、疏水作用為輔共同作用的結(jié)