基于响应面优化条件下改性β-环糊精聚轮烷对钍(Ⅳ)的吸附研究

来源 :南华大学 | 被引量 : 2次 | 上传用户:hulei_1188
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环糊精(Cyclodextrin,CD)是一种呈环状的低聚葡萄糖。在通常情况下,由6、7或8个D-吡喃葡萄糖单元首位相连而成的结晶体,分别称为α、β、γ-环糊精。这其中又以β-环糊精(β-CD)因原料来源广、低毒、廉价等特点因而得到广泛应用。但另一方面,天然环糊精依然存在许多缺陷,从而限制了其在工业上的应用。因此,为了提高其适用性,可以考虑对天然环糊精进行一定化学修饰。超分子化学是近年来发展起来的一门交叉学科,以超分子化学方式合成高效功能修复材料又成为近年来化学工作者研究的重点之一。可以说超分子化学作为“超越分子概念的化学”(beyond molecule chemistry)已成为当前科学研究中的一个重要方向。超分子化学属于一种广义的配位化学,由两个或多个物质通过分子间的作用力按某些特定的方式聚集而成,人们选用键合作用介于弱作用和共价键间的配合物作为分子基块,通过分子识别、运输及转换等方式,组装成具有特定结构和功能的超分子或超分子器件。其中,环糊精作为第二代主体化合物,由于其固有的生物友好及易修饰等特点则成了超分子化学领域的一个重要研究方向。为了拓展环糊精超分子体系的应用,本论文主要介绍采用非均相合成的方法制备出6-对甲苯磺酰酯-β-环糊精(6-OTs-β-CD),然后用其作为“转子”,聚醚胺为链合成了一种新型的基于β-环糊精的聚轮烷超分子纳米体系,并以该纳米聚轮烷体系为吸附剂利用响应面优化法,利用二次方程拟合优化了吸附过程,考察了其吸附性能。具体工作主要从以下三个方面进行了阐述:1.对基于环糊精的(准)聚轮烷的结构特征及其发展做了概述,详细的介绍了不同结构的(准)聚轮烷合成新方法。同时还简述了近年来国内外基于环糊精的(准)聚轮烷在智能材料、生物医药和组织工程支架等领域的研究进展。总结了环糊精(准)聚轮烷在科学研究中所存在的若干问题,并进一步深入探讨了该领域的发展前景。2.在碱性条件下,采用非均相合成的方法制备出6-OTs-β-CD,并用制备的6-OTs-β-CD作为“转子”,通过将聚醚胺链穿入β-CD空腔中,并用3,5-二硝基苯甲酸对其进行封端,设计合成了一种新颖的聚轮烷(polyrotaxane,PR)超分子纳米粒子。通过傅里叶红外光谱对产物进行定性分析,而后采用1HNMR及元素分析对产物进行定量分析,计算出了该聚轮烷的聚合度及C、H、N元素的含量,分析表明了该合成方法简单易行,科学合理且合成产物产率较高。3.采用响应面法BBD设计对钍离子的吸附过程的多个影响因素进行筛选,实验设计及统计分析表明:pH、钍离子初始浓度、吸附剂用量及吸附平衡时间为影响响应值的四个关键因素。因此,设计了一个四因素三水平的试验,考察了影响吸附过程的显著因素之间的相互作用。并对拟合模型实验进行数据分析,结果表明:各独立因素均为Th(IV)吸附过程的显著因素,通过相关系数(R2)和方差分析(ANOVA)发现预测值和实验值基本一致,在p H为3.72,吸附时间为35.4 min,钍离子初始浓度为22.8 mg·L-1,吸附剂用量为30 mg,此时Th(IV)的最大吸附量为13.62 mg·g-1。同时采用了Langmuir,Freundlich和Dubinin-Radusckevich(D-R)等温吸附模型对吸附过程进行热力学研究,数据表明,该吸附过程更符合Langmuir单分子等温吸附模型,同时对吸附过程的热力学结果进行了线性拟合,结果表明:该过程中ΔH0>0,ΔS0>0,ΔG0<0,为自发吸热的过程。本课题希望可以为今后环境中含低浓度含钍废水处理提供有益参考。
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