超支化PAMAM和环氧树脂离子印迹聚合物的制备及其对水溶液中 Cr(VI)的高效吸附

学术   科技   2024-05-16 15:23   山东  


铬在工业上广泛应用于电镀、制革、皮革加工、纺织染色和颜料生产以及木材防腐等。由此产生的含铬废水对生态环境和人体健康危害极大,它易于引起遗传缺陷,吸入可能致癌,且会对环境造成持久危害。因此,快速有效地识别和去除水中的Cr(VI)污染物,减少这种污染的危害,实现废弃Cr的回收利用非常重要。

目前,有多种从废水中分离和富集Cr(IV)的方法,如电絮凝、膜分离、光催化还原、吸附、离子交换和微生物修复等。其中,吸附是研究最多的方法,它具有处理能力大、工艺简单、一次性投入少、处理后的废水可循环利用等优点。但大多数吸附材料的选择性较差。因此,开发更具特异性的富集和去除技术至关重要。离子印记是制备高选择性吸附剂的技术之一。其基本原理是模板离子与配体(功能单体)相互作用形成配合物,再通过交联反应形成具有三维空间网络结构的聚合物。模板离子与配体(功能单体)形成的配合物固定在一个三维空间网络中。用洗脱液将模板离子除去,得到与模板离子大小、电荷和空间结构相匹配的空腔,使模板离子具有特殊识别功能,且模板离子可富集并去除。由于离子印记技术对模板离子具有很强的特异性,在医学、食品、生物学、环境等领域广泛应用于金属离子或阴离子的跟踪、检测和分析。

羧甲基纤维素钠、季铵盐、乙烯基咪唑、聚亚胺等与乙二胺接枝后通常作为功能单体或功能配体构建Cr(VI)离子印迹材料。目前报道的配体和功能单体大多数结构复杂、制备工艺繁琐、成本高。研究无毒、廉价、高选择性的配体和功能单体是离子印迹材料实际应用和产业化的关键之一。据报道,氨基功能化吸附剂对重金属离子具有优异的去除能力。氨基不仅能通过静电作用与重金属阴离子结合,还可通过配位作用与重金属阳离子结合。超支化PAMAM(H-PAMAMs)合成方法简单快速,其特殊的树枝状结构中含有丰富的氨基和酰胺基团,对Cr(VI)有很强的吸附潜力,此外经环氧树脂固化后具有优异的耐酸碱性和耐溶剂性。

吉首大学的张帆教授团队以KCr2O7为模板离子、叔丁醇为成孔剂、双酚A环氧树脂为载体、超支化PAMAM为固化剂和络合剂,采用沉淀聚合方法制备了铬(VI)印迹聚合物Cr(VI)-IIPs。作者的目的是将环氧树脂作为基体与超支化PAMAM交联以获得结构稳定、耐酸碱、低成本、可重复使用的离子印迹材料。详细的吸附研究表明,Cr(VI)-IIPs对Cr(VI)的吸附行为符合准二级动力学模型和Langmuir吸附等温线模型。在pH=2和298K条件下,理论最大吸附容量达到263.15mg/g,并可在120 min内达到吸附平衡。吸附剂可再生,平衡吸附量不会显著降低。此外,柱吸附实验表明,Cr(VI)-IIPs可应用于实际废水的处理。

图. Cr(VI)-IIPs的制备示意图

文献来源:Chen Xi, Yuzhuo Zhang, Fan Zhang. Journal of Polymer Research 2024, 31: 19.


晨源分子介绍
亚洲首家研发与生产树枝状聚合物的高新技术企业

海晨源分子新材料有限公司成立于2011年,是一家国家级高新技术企业。公司先后获批山东省工程技术研究中心、山东省品牌国际科技合作基地、山东省院士工作站、山东省知名品牌、山东省隐形冠军等技术创新平台及荣誉。创始人李武松博士毕业于北京大学,是中国树枝状聚合物产业化的创始人,先后获得山东省组织部颁发的山东省泰山产业领军人才,山东省人社厅颁发的山东省有突出贡献的中青年专家,山东青年五四奖章、山东省优秀科技工作者、2018年度威海市市长质量奖、威海市科学技术一等奖、威海市十大杰出青年、2020“大国之材”年度人物,荣获共青团中央和人社部颁发的第十一届中国青年创业奖等荣誉称号。


晨源分子目前拥有由多名名校毕业的博士、硕士组成的研发团队,与北京大学、清华大学和上海交通大学等国内外6所高校院所建立了产学研合作,拥有行业内唯一的院士工作站,并获得了政府数千万元的科技支持。


晨源分子建立了亚洲第一条也是唯一一条吨级高纯度树枝状聚酰胺胺生产线以及千吨级超支化聚酯的产业化生产线,实现了树枝状聚合物真正意义上的产业化,填补国内空白,打破了欧美技术垄断。目前,国内知名企业金发、聚隆、横店得邦等均使用晨源分子公司的产品。                

晨源分子公司目前产品共有包括树枝状聚酰胺胺、超支化聚酯、树枝状塑料润滑剂、树枝状改性胶黏剂在内的三大类十多个品种,第一类是高纯度实验级树枝状大分子,主要用于科研及生物医疗,成功销往清华、北大、复旦等100多所高校和医疗公司;第二类是工业级树枝状聚合物助剂产品,主要应用于塑料、胶黏剂、涂料、水处理等工业领域作高性能添加剂使用,销往包括诸多上市公司在内的200多家企业客户;第三类是树枝状改性的下游产品,包括树枝状改性3D打印材料、可降解材料、胶黏剂等,已与国内多家行业龙头企业形成战略合作。
目前,晨源分子主要专注于以树枝状聚合物为核心组分的各种助剂以及复合材料的研发与应用。

百余家高校科研机构及公司购买晨源分子的PAMAM

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