环糊精树状分子的构筑及对饮用水中微量污染物的吸附作用

适时开展高效去除饮用水中微量污染物的理论和工艺研究，对于保护人类及其它生物的健康、解决日益严重的水污染问题有着十分重要的意义。.本项目拟采用近年才蓬勃发展起来的树状分子合成技术，以β-环糊精(CD)为改性材料对树状分子PAMAM的末端进行改性，合成新的饮用水处理材料PAMAM-CD，探讨反应路线及最佳反应条件。CD和PAMAM两分子的共聚，是其性能的"强强联合"，改性而成的PAMAM-CD，既能保持CD特有的"外疏水、内亲水"的桶状结构和包合性能，又解决其不能与水分离的缺点；同时，保持PAMAM独特的高表面积和极强的吸附性能。研究PAMAM-CD用于深度吸附饮用水中微量氯酚的可能性及其动力学和热力学行为。该项目的开展，可以获得一种新型功能材料的制备方法，同时拓展树状分子和CD的应用领域，为环境中微量污染物的富集提供一种新材料、新方法和新思路。

在国家自然科学基金青年项目“环糊精树状分子的构筑及对饮用水中微量污染物的吸附作用”（20907076）的资助下，本项目本以β-环糊精(CD)和聚酰胺-胺(PAMAM)为原料，通过对甲苯磺酰氯对CD进行改性后，再与PAMAM进行交联聚合反应，生成不溶于水的新型环糊精交联聚合物(PAMAM-CD)。通过红外、元素分析、光电子能谱、热重差热分析、X射线衍射、扫描电镜等方法对该聚合物进行了表征。将该聚合物用于吸附饮用水中可能存在的持久性有机污染物（如2,4,6-三氯苯酚、2,4-二氯苯酚和对氯酚）、重金属离子（如Zn(II)和Pb(II)）、染料（如胭脂红和亮蓝）等，可得出如下成果：.1）PAMAM和CD可交联生成不溶于常见酸碱和水的聚合物。该聚合物既具有CD 的特殊结构，又具有PAMAM的结构，是一种新型高分子聚合物。.2)PAMAM-CD既能有效去除水溶液中的氯酚类水难溶性小分子污染物，也能去除重金属离子，还能有效去除水溶性的具有较大分子量的染料。.3) 在所研究的范围内，PAMAM-CD对所有污染物的吸附动力学均符合伪二级动力学方程，说明吸附主要以化学吸附为主。吸附速率控制步骤主要为粒内扩散控制，其他吸附控制步骤也扮演重要角色。.4) PAMAM-CD对污染物的吸附为自发过程。总的来说，低温有利于吸附的进行，即低温使用PAMAM-CD的效果更佳。污染物在PAMAM-CD上的吸附既有单层吸附，也有多层吸附。.5）因PAMAM-CD特殊结构，故吸附过程受不同的机理控制。这些机理主要有包合、静电和氢键作用。因对不同污染物，其吸附机理不同，故pH对吸附的影响也不同，在实际应用时，应在最优pH下进行。.6) PAMAM-CD可通过不同的洗脱剂进行多次再生，且再生后的PAMAM-CD能维持较好的吸附能力。.综上所述，PAMAM-CD是一类具有可开发潜力的新型水处理材料，尤其是对饮用水中微量的污染物，具有深入研究的价值。本研究为饮用水的深度处理提供了新的材料，具有理论意义和应用潜力。.通过本项目的研究，共发表论文10篇，其中SCI收录4篇，EI收录3篇，其余为中文CSCD期刊，获得国家发明专利1项，培养3名硕士研究生，其中已毕业1名。