大环化合物在LDH层间的定位及其吸附机理研究

大环化合物在LDH层间的定位取向直接影响大环化合物/LDH复合体的应用性能，但是目前系统报道大环化合物在LDH层间取向的研究还没有出现。磺化硫杂杯[4]芳烃（即：TCAS）是大环化合物的一种，其在LDH层间以"侧卧"（即：空腔c轴平行主体层板）定位形式存在最有利该复合体的吸附性质。本项目拟以TCAS为客体离子，采用焙烧/重构法制备复合体，通过改变LDH主体层板、客体离子带电量以及合成条件以制备TCAS以"侧卧"形式定位层间的复合体。以理论和实际相结合的方法准确确定TCAS在LDH层间的定位形式。在此基础上探究决定大环化合物在LDH层间插层定位的决定因素，这对其它的具有立体结构的有机化合物的定位插层有着理论指导意义。本课题具有较强创新性，是在有机化学、超分子化学和材料化学多学科交叉融合基础上提出的研究课题，可丰富无机层材料化学和大环化学等学科的知识积累，具有重要理论和实际应用价值。

LDHs (Layered double hydroxides)是阴离子黏土，由带正电的金属层板和层间平衡阴离子相互堆积而成。由于LDHs特殊的结构和和性质，以其作为主体材料制备有机-无机LDH复合体材料的研究成为新的热点。大环类化合物比如杯芳烃、冠醚、环糊精等，具有吸附位点以及包合孔，但是由于在水溶液中有一定的溶解性以及性质不够稳定这些缺陷，影响其在吸附分离方面的应用。另外，大环化合物体积比较大，三维空间伸展，在LDH层间的有不同的取向，而取向的不同会影响所合成的LDHs复合材料的吸附性能，那么探讨影响因素以及找出决定取向的关键因素是很有意义的。最后，据我们所知，LDHs类吸附剂通常是将一些贵重的有机化合物作为客体引入层间，虽然所得到吸附剂有好的性能，但是从工业的角度来说，将其实际应用到工业上是很难的，寻找价格低廉的客体是很关键的。.本项目研究主要有以下几个方面：采用煅烧水合法制备TCAS-LDHs复合体材料，研究了层板金属、温度、pH对TCAS层间取向的影响，发现层板金属是决定大环化合物在层间取向的关键因素。并且研究了所得到复合体材料对重金属离子的选择吸附性能，发现其对Cu2+和Pb2+离子有选择性，并且吸附量比较大，最大吸附量达到∼205 mg/g和∼186 mg/g。研究了吸附过程的动力学和热力学，发现吸附过程符合准二级速率方程式，而热力学是单层吸附，更符合Langmuir 等温方程；再者，考虑到降低LDHs类材料吸附剂的成本，本项目采用澎润-回复法首次将磺化木质素引入到LDH层间。客体LS在LDH层间以两种存在形式存在：（1）一种“平躺”在LDH层间，对应的d(003)= 0.88 nm；（2）一种“直立”在LDH层间，对应的d(003)= 9.08 nm；吸附研究发现Mg2Al-LS-LDH对Cu2+和Pb2+离子有选择性，最大吸附量达到93.8 mg/g和 53.6 mg/g，比游离态LS吸附量大得多。复合体吸附动力学符合准二级速率方程式，而热力学是单层吸附，更符合Langmuir 等温方程；初步探索了有机聚合物在LDH表面的修饰，采用煅烧水合的方法，在不封闭的条件下，将磺化木质素固定在LDH表面，采用XRD、FT-IR、SEM、以及BET等手段进行表征，确定磺化木质素(LS)在敞口的条件下不是进入到LDH层间而是固定在LDH表面，LS与层板羟基有很强