水净化用新型多功能及智能高分子吸附剂的制备和相关机理研究

The research proposed in this application focuses on exploring the innovative and multi-functional absorbents for various processes related to the waste water treatment or water clarification. The research will initialize with the cationic modification of calaxrenes and cyclodextrin-based nano-absorbent. The cationic groups or short chains introduced promote their association with anionic polyacrylamide (PAM) of high MW, thus creating a range of novel sorption/flocculation systems. The cationic-modified nano-absorbents not only improve the sorption toward the metal ions (via calaxrenes) or phenol compounds (via cyclodextrin), but also act as co-factors (or co-flocculant) for anionic PAM flocculants to generate the synergetic effect on the simultaneous removal of solid or colloidal particles via complex flocculation. As another important aspect of the research proposed, the porous calcium carbonate will be utilized as template to synthesize the anionic and amphoteric pH-responsive porous polymeric absorbents in an attempt to remove the contaminants with relatively large size such as dyes and pesticides. Overall, the research is highly multi-disciplinary, covering a broad range of research areas including the syntheses of functional materials, the characterization and mechanisms of adsorption/flocculation and the application for water clarification. The consequence of the research will be of significant importance for developing multi-functional nano-absorbent and pH responsive micro-absorbents based on the fundamental scientific understanding and for improving water clarification from a practical point of view.

本项目将开发可满足不同水处理及净化要求的多功能吸附剂。首先，分别对杯芳烃及其衍生物和环糊精进行阳离子化改性，利用阳离子基团或短链使其与阴离子高分子量的聚丙烯酰胺缔合形成的一系列新型吸附/絮凝体系。改性的杯芳烃和环糊精，不仅增强了对可溶性污染物如金属离子（通过杯芳烃）或酚类化合物（通过环糊精）的吸附能力，又能够在去除可溶性污染物的同时作为助絮凝剂与阴离子聚丙烯酰胺结合引发胶体或固体微粒污染物的絮凝， 达到吸附/絮凝的协同效应。同时，以多孔型碳酸钙为模板，合成一系列pH响应性的阴离子和两性聚合物多孔吸附剂。探讨所获得的高分子聚合物对各种污染物，尤其是那些体积相对较大如染料和杀虫剂等的吸附能力。研究涉及材料合成，吸附/絮凝表征和机理研究，及其在水处理中的应用，充分体现了学科交叉性。本项目的科研成果将对多功能性有机纳米吸附剂和微米级pH响应性聚合物多孔微粒吸附剂的研究具有重要的科学价值和实际意义。

近来由于全球变暖带来的气候模式的改变，使得自然源头的水量逐渐枯竭，我国水资源短缺的矛盾加剧。另一方面，随着工业化进程的加速和社会经济的繁荣，水资源的需求持续增长，水污染问题也日益严重。国家和各地方政府制定出更严格的污水排放标准和引用水质标准，以遏制水污染恶化的趋势。水污染状况的日趋严重和水质标准的不断提高，对现有的水处理技术提出了更高的要求。因此开发更为经济有效的水处理技术已经迫在眉睫。.本项目以多种天然高分子材料为基材，开发满足不同水处理及净化要求的多功能吸附剂。包括对环糊精进行阳离子改性，利用阳离子基团或短链使其与阴离子高分子量聚丙烯酰胺缔合形成新型絮凝/吸附体系，并拓展至抗菌高分子。以纤维素和多孔无机物为基材接枝羧基、氨基等官能团，提高其对水中重金属离子的吸附能力；以纤维素为载体，负载荧光探针，实现了溶液中铜离子、氟离子的检测与同步去除；分析燃煤电厂烟道气的成分，建立合适的实验装置，选取多种絮凝剂，通过溶液中的絮凝法去除燃煤烟气中的超细颗粒物，并研究絮凝剂的协同作用；利用改性聚丙烯酰胺去除煤化工废水乳化油；制备了用于捕集二氧化碳的固体酸吸附剂，并研究了其对不同气体在不同温度压力下的选择性。以上的新材料都进行了完备的物理化学性质表征，建立了相关动力学和热力学模型，探究了反应机理。实验数据和结论均发表在国内外专业学术期刊上，并成功申请了多项专利，部分技术已经完成中试，接近实际应用。.本研究中开发的新材料在水净化领域有广阔的应用前景，研究数据对今后在水净化领域的材料研发和机理研究有重要的指导意义，绿色高分子材料在研究中的广泛应用也与国家倡导的发展方向一致。本研究按照预定计划，完成了预期目标。