含主客体大环多孔聚合物的设计制备及应用研究

来源 :盐城工学院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ayczswh
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近年来,水污染问题受到越来越多的关注,水体中污染物的去除是关系人类和生态系统健康的重要课题。目前,有各种物理、化学和生物方法去除水中污染物。其中,吸附法是应用最为广泛的方法,吸附剂是吸附法的核心。传统吸附剂,如活性炭因廉价易得而最为常用,但活性炭存在吸附速率慢、回收成本高、对极性污染物吸附性能差等缺点,限制了其深入应用。因此,亟待开发新的吸附剂材料来弥补传统吸附剂的不足。共轭大环聚合物是一类有巨大潜力的新型吸附剂,但目前还存在一些问题,如合成复杂,成本高昂,过大的疏水性导致难以在水中分散。针对上述问题,我们开展了以下研究。(1)为了解决产率低以及使用昂贵金属催化剂的问题,通过二甲氧基柱[5]芳烃与四种芳香族单体进行以三氯化铁为催化剂的傅-克反应,以100%的产率制备了一系列柱芳烃编织共轭聚合物,验证了二甲氧基柱[5]芳烃可以作为傅-克反应的交联剂。柱[5]芳烃编织多孔聚合物的比表面积达到602.58 m~2g-1,能够快速吸附水体中多种有机微污染物,其对2,4,6-三氯苯酚的最大吸附容量为204.08 mg g-1,且吸附过程不易受到水体中各种成分的干扰,适用于各种极端环境,易于再生且多次再生后吸附性能没有明显变化。由于傅-克反应无需昂贵的催化剂且拥有极高的产率,以二甲氧基柱[5]芳烃为交联剂与不同芳香模块配合可制备各种共轭大环聚合物,显示具有巨大的应用潜力,为制备共轭大环聚合物提供了一个通用型的新策略。(2)目前,大部分的含大环多孔聚合物只含有一种大环结构,单一大环与客体污染物的结合强度相对有限,制约了对痕量污染物的高效吸附。针对该问题,基于二甲氧基柱[5]芳烃编织交联芳香模块的性质,通过二甲氧基柱[5]芳烃与全苄基修饰的环糊精进行傅-克反应,制备了一系列同时含有两种主客体大环的共轭大环聚合物。制备的聚合物拥有较大的比表面积,实验范围内最大可达526.66 m~2g-1,能够快速吸附水中有机微污染物,对双酚类污染物具有较大的吸附容量,对BPAF的吸附容量可达283.29 mg g-1,吸附过程包含多种吸附机理且不受各类极端环境的影响,通过甲醇清洗即可再生,多次再生后吸附能力没有明显下降,本研究拓宽了共轭大环聚合物在吸附领域的应用。(3)为了解决常规吸附剂对极性污染物吸附能力不足的问题,将前驱体设计法与后修饰法相结合。首先将部分苄基修饰环糊精与八乙烯基POSS进行傅-克反应,制备了一系列POSS-CD交联聚合物,然后对其进行后修饰,利用CD骨架上大量存在的羟基接枝磺酸根基团,用于选择性吸附水中阳离子型污染物。结果表明,磺酸根修饰的POSS-CD可以极快地吸附水中阳离子型污染物,特别是对0.1mmol L-1普萘洛尔的吸附速率是活性炭的236倍,且其对中性有机微污染物的吸附速率也要超过其前驱体。虽然材料的比表面积较低,其对普萘洛尔的吸附容量仍可达到235.29 mg g-1。另外,磺酸根修饰的POSS-CD可以通过盐水和甲醇的清洗进行再生,在水污染吸附中具有巨大的应用潜力。
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