面向高效水净化的环糊精超分子聚合物研究

作     者：王贺 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：马骁飞

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 070305[理学-高分子化学与物理] 0703[理学-化学] 

主      题：环糊精 聚合物 交联 水净化 

摘      要：目前,世界面临严峻的水资源短缺问题,污水净化处理作为解决该问题的有效途径,引起人们广泛关注。污水中往往包含多种污染物,包括染料、药物残留、重金属、肥料、人畜排泄物、病菌等。本文以环糊精为原料,针对水体中多种污染物设计了一系列交联环糊精聚合物(CDP),并研究了其去除水中常见有机污染物、尿素、阴离子染料和细菌的性能。(1)针对性质稳定、不易分解的芳香族有机污染物,设计了一种多孔的富含苯环并且含有多种官能团的吸附剂。使用四氟对苯二腈对三种苯氨基甲酰化β-环糊精衍生物进行二次交联得到X-CDP。X-CDP对四环素在平衡状态下的最大吸附能力可达到110.56 mg·g。X-CDP去除污染物的速度非常快,在30 s内吸附量可达到平衡吸附量的近95%,速率常数达到2.32 g·mg·min。此外,X-CDP具有良好的可重复使用性,在五个循环后污染物去除率仍能达到86.7%。(2)针对分子量较小、难以通过蒸馏法和吸附法分离的人畜排泄物尿素,设计合成了一种绿色的固定化酶材料用于尿素的催化分解。高碘酸钠双醛化柠檬酸交联的环糊精用作脲酶的载体,脲酶上的氨基通过Schiff碱反应与载体上的醛基共价结合,得到脲酶固定化CDP(Ur CDP)。实验证实了脲酶在聚合物上的成功固定,并且具有良好的尿素去除效果。Ur CDP34-6、Ur CDP34-4和Ur CDP34-2对尿素的最大去除量分别达到145.7 mg·g、242.1 mg·g和291.1mg·g。使用简单的连续流处理装置,证明Ur CDP具有一定的连续去除尿素的能力。(3)针对环糊精聚合物难以吸附的阴离子染料以及水体中存在的致病菌,基于带正电荷的季铵盐与磁性环糊精聚合物制备了磁性抗菌吸附剂(QMCDP)。该材料易于从体系中分离,可通过季铵盐的正电荷与阴离子染料发生静电相互作用,因而对染料表现出较好的吸附能力。QMCDP1、QMCDP2对橙黄G的最大吸附量分别可达到85.769 mg·g、34.775 mg·g,对甲基蓝的最大吸附量分别可达到278.57 mg·g、174.50 mg·g。吸附过程可以在10 min内完成。QMCDP2具有非常优异的杀菌能力,对金葡菌的去除率达到99.47%。吸附染料后的抗菌实验证明了QMCDP2具有同时发挥吸附与抗菌两种功能的潜力。