松香基双亲大孔吸附树脂的合成及其对水中微污染物的吸附机理研究

The efficient preparation of environmentally friendly, highly efficient adsorbents with wide applicability is an important research topic in the field of water treatment. The aim of this project is to produce rosin-derived adsorbents for the removal of typical micropollutants from drinking water (antibiotics, halogenated acetonitrile, pesticides). Firstly, rosin based free radical polymerization will be performed using natural rosin as the starting material, and macroporous adsorbents will be produced by surface grafting modification to macroporous resin of styrene frame. The influence factors of the pore sizes, specific surface areas, and functional groups on the adsorption capacities and thermodynamics will be investigated in the single and mixed pollutant solution. Relationships between the structures and properties of these adsorbents will be assessed. In addition, quantum chemistry calculations and surface analysis techniques will be used to elucidate adsorption mechanisms. Macroporous adsorption resin has the advantages of high adsorption capacity, high stability, good mechanical strength and selectivity. Furthermore, Rosin as material is a green, low cost, less secondary pollution. This project will utilize rosin, a natural resource in Guangxi, in the production of potentially high value adsorbent materials, and will also provide the scientific and technological basis for synthesis and performance evaluation of a new family of efficient and green adsorbents.

如何设计合成绿色、高效，适用性广的吸附剂是水处理领域的重要研究课题之一。本项目以去除饮用水中典型微污染物（抗生素、卤代乙腈和农药）为目标，以天然产物松香为原料，合成含聚合基团的松香基单体，采用自由基聚合合成松香基大孔吸附树脂骨架，并进行表面接枝改性作为吸附剂。重点研究在单一及混合污染物体系下，树脂的比表面积大小、孔径分布和表面功能基团等因素对吸附容量及吸附热动力学的影响。从而建立松香基双亲大孔吸附树脂与微污染物之间的构-效关系。并借助量子化学理论计算及表面分析技术进一步阐明其吸附作用机制。基本原料松香天然无毒、环境友好，用于吸附水中微污染物，不会造成二次污染。所合成的大孔吸附树脂将具有吸附容量大、稳定性高、机械强度好和选择性好等优点。该课题的实施有助于拓展广西特色资源松香的高值利用、可为设计研发具有高效绿色的吸附剂提供科学依据和技术基础。

吸附技术由于其价格低廉，易操作和高效等优点在水处理领域广泛使用，然而，吸附剂的选择是关键因素之一。如何设计合成绿色、高效、适用性广的吸附剂是水处理领域的重要课题内容。本项目以广西优势特色资源-松香为原料，功能化枞酸型树脂酸、进一步制备得到松香基系列吸附剂，例如交联吸附树脂和松香基表面活性剂改性天然沸石。通过核磁共振、红外、元素分析、差热热重，扫描电镜、比表面积等手段对吸附剂及其结构性能进行了表征。与商品吸附剂为参照，将其应用于水中单一和混合污染体系下的典型污染物（重金属，芳香族类化合物、抗生素、消毒副产物和染料）的吸附去除研究。基于获得的污染物吸附效果及其吸附热动力学参数，探讨了松香基交联树脂的结构性能参数与吸附对象之间的构-效关系，在获得构-效关系的基础上，进一步利用量子化学计算及表面微区技术手段(红外，元素分析，光电子能谱和电子自旋共振谱)佐证，建立了优化结合模型，并进行了实验验证。该研究集成高分子设计合成，量子化学理论计算和环境控制原理领域，建立了高分子聚合物与污染物作用机制的科学原理和实验方法，实现从宏观到微观尺度上，由松香原料-过程研究与结果研究的有机统一，可为饮用水微污染物的深度去除提供新的材料和新方法，为高效吸附剂的设计及应用提供理论指导。我国松香的高值化利用开辟新途径。. 该项目发表论文7篇，其中SCI收录4篇，EI收录1篇；获授权国家发明专利2项，申请2项；《松香基功能分离材料的合成及应用技术研究》获2017年国家林业局第八届梁希林业科学技术二等奖；参加学术会议和邀请专家4次；论文/墙展2篇，参加本项目的研究生和本科生25人。