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(gè)桶狀的剛性疏水空腔和兩個(gè)由多個(gè)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(tuán),而兩個(gè)具有電負(fù)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(jī)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(shí)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(duì)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(shí)現(xiàn)瓜環(huán)的再生。但是隨著研究的進(jìn)行,瓜環(huán)的缺點(diǎn)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(shí)驗(yàn)采用自制的CB[6],進(jìn)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(tuán)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(duì)固載產(chǎn)物進(jìn)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(shí)氯球表面上的鍵合位點(diǎn)達(dá)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(shí)長為46h。
　　用瓜環(huán)固載樹脂對(duì)磺胺間甲氧嘧啶(SMM)作吸附實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明樹脂固載瓜環(huán)對(duì)SMM有較好的吸附效果。吸附動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)表明樹脂固載瓜環(huán)對(duì)SMM的吸附過程符合準(zhǔn)二級(jí)吸附動(dòng)力學(xué)模型。pH值對(duì)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(duì) 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(huì)降低,靜電引力有所減弱,導(dǎo)致平衡吸附量會(huì)略有降低;而當(dāng) pH<6時(shí),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(huì)抑制瓜環(huán)固載樹脂對(duì)SMM的吸附,二價(jià)陽離子對(duì)吸附的抑制作用更大一些。這是因?yàn)殡娊赓|(zhì)的加入會(huì)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(diǎn)位與SMM分子之間的靜電作用力;同時(shí)金屬陽離子包圍了帶負(fù)電荷羰基端口,阻礙了瓜環(huán)空腔對(duì)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(duì)SMM的吸附過程能夠被Henry吸附等溫線較好地?cái)M合;同時(shí)吸附熱力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,瓜環(huán)固載樹脂對(duì)SMM的吸附過程是一個(gè)放熱過程;計(jì)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)