环形锯齿吲哚类吸附剂无害化处理重金属废水及其机理研究

Heavy metals caused severe destruction on the survival of our water, soil and atmosphere.Therefore, heavy metal pollution has become one of the main pollution faced by human being. They have strong toxicity, cannot be biodegradable and persistent and so on. Moreover, these heavy metals can eventually affect human health through the food chain.Therefore, The goal of this project is a basic research for harmless treatment of heavy metals by developing adsorbents to capture and release heavy metals. The specific research contents are as follows: 1)Through the computer simulation, design and preparation of novel molecular-switch-typed indole polymer adsorbents to capture and release heavy metal ions under condition controlment. 2) Researches on effective capture sites, capture efficiency and the structure activity relationship of the capture of heavy metal ions on the indole–typed adsorbents through experiment and theoretical calculation. 3)Studies of release conditions and release efficiency of various adsorbents to obtain the condition that the metal ions can be released completely from the adsorbents and the conditions can not damage the structure of the adsorbents, which can not affect the efficiency of continuous capture subsequentially. 4)Studies of kinetics and mechanism of the above adsorbents' capture and release process.

重金属对我们赖以生存的水、土壤和大气都造成了严重的破坏。因此，重金属污染已成为人类面临的主要污染之一。重金属具有毒性强、降解慢、持久等特点，而且可通过食物链最终影响人类健康。因此，本项目的目标是为无害化处理好重金属而开展吸附剂对重金属的捕捉和释放等方面的基础研究。具体研究内容：（1）通过计算机模拟，设计、制备新型分子开关型吲哚类重金属吸附剂，该吸附剂能够条件控制下捕获、然后释放重金属离子。2） 对上述制备的吲哚类吸附剂进行重金属离子捕获研究，通过实验和理论计算，研究有效捕捉位点和捕捉效率，并且进行构效关系研究 。3）研究各种吸附剂在捕捉到金属离子后的释放条件和释放效率，获得能够完全释放所捕捉到的金属离子的条件，而且该条件不能破坏吸附剂的结构，不能影响其在后续连续捕捉的效率。4）研究上述吸附剂的捕捉和释放的动力学过程及其机理。

本项目通过四年的系统研究，获得了基于吲哚以及相关大环杂环体系的重金属吸附剂，在明确其吸附机理的基础上，我们拓展合成了一系列具有重金属吸附潜力的共价有机框架，并初步探索了它们的应用性能，为后续开展该类课题的研究拓展了思路。建立了I2O5氧化吲哚合成吲哚二酮的方法，以此为基础，设计并合成了系列基于吲哚和罗丹明荧光团的新型荧光探针，用于对Ｈg２＋进行高选择性和高灵敏度的检测，研究显示该探针能够在活细胞中进行Ｈg２＋荧光成像，并且应用到医院重金属废水处理；合成了具有高效重金属铬吸附的多羟基席夫碱共价有机框架材料，经过实验研究发现对重金属铬最大吸附量为384 mg/g；合成了系列具有吸附重金属的环形锯齿状杂环化合物，如1,2,3,4-四氢三氟甲硫基喹啉、列手性氨基硫醚化合物、手性螺环吡唑啉酮化合物、手性γ-氨基磷酸酯化合物等；通过末端炔烃和叠氮化合物的1,3-偶极环加成反应，引入两分子吲哚和两分子长链醚基团，合成了新型类似冠醚的金属离子荧光识别探针，同时探究了其离子选择性，发现该荧光识别探针对镉离子的选择性好，灵敏度高，这在环境检测方面具有潜在的应用价值；将多连接位点与去对称化两种策略组合，发展出了一种构筑带有三种不同孔结构异孔COFs的新方法：将C3对称性的多连接位点单体去枝化后得到结构更简单的“V”型构筑模块，利用它和C2对称性单体聚合获得了含有三种不同孔结构的二维COFs，这不仅为实现COFs的结构修饰、改性和功能化提供了新的思路，也为后续在重金属孔径吸附方面提供了技术依据。在Journal of the American Chemical Society、Organic Letters 、Chemical Communication、Organic Chemistry Frontiers、Journal of Organic Chemistry、Tetrahedron Letters、Polymer Chemistry、Advanced Sustainable Systems、Asian Journal of Organic Chemistry、New Journal of Chemistry等期刊发表SCI学术论文19篇，申请了专利2项，即将形成专利3-4项。目前已经与相关企业签订了合作协议，提供了若干种重金属处理剂供企业使用，使用效果优良。