基于新功能单体的水相重金属离子印迹膜的研制及传质机理研究

Metal-ion imprinted membrane has been attracting much attention in the field of water pollution due to its advantages of both metal-ion imprinting and membrane separation technologies. However, it currently has some limitations in few membrane types, single preparing method, inadequate functional monomers, and poor membrane permeation flux. In this project, we will firstly target the heavy metal ions，ten novel functional monomers belonging to three types, i.e. functional monomer containing N atom, functional monomer containing S atom, functional monomer P atom, were designed and synthesized. The new functional monomers applicable to heavy metal-ion imprinted system were screened in aqueous phase through the metal-ion imprinted technology. .Then, we will explore new methods for the preparation of imprinted membranes possessing high permselective property and good permeation flux. After that we will study its characterized data and performance in order to disclose the mechanism of its recognition and separation of the heavy metal-ion imprinted membranes in aqueous phase, based on which the methods and techniques for enriching and separating heavy metal ion in the water samples will be established. This study will shed light on the development of metal-ion imprinted technology and functional imprinted polymer materials, the separation and concentration of heavy metal ions, as well as the treatment of heavy metal ions in pollution water.

金属离子印迹膜因兼具金属离子印迹技术和膜分离的优点，在水污染处理领域已引起广泛关注。本项目针对金属离子印迹膜数量少、膜制备方法相对单一、功能单体种类较少和膜渗透通量较差等不足，拟从新型功能单体的合成入手，以重金属离子为目标离子，设计合成10个能与特定重金属离子配位的新功能单体（包括含N、S、P等杂原子的功能单体），采用金属离子印迹技术，筛选适用于水相印迹体系的新功能单体；探索印迹膜合成的新方法，并优化各成膜方法下的工艺条件，制备具有高渗透选择性及大通量的重金属离子印迹膜；同时对性能优良的印迹膜进行结构表征和性能评价，探索并提出水相重金属离子印迹膜的识别分离及渗透机理。在此基础上，建立印迹膜对水相样品中重金属离子的分离富集方法。本研究对金属离子印迹技术与功能高分子印迹材料的发展、重金属离子的分离与富集以及污水重金属离子处理新方法的探索均具有重要的学术价值和潜在应用。

含重金属离子废水的排放是造成水污染的一个重要来源，处理含重金属离子废水的方法主要有化学沉淀法、电解法和膜分离法等，但这些方法在一定程度上存在着不同的缺陷。金属离子印迹膜（IIMs）由于兼具金属离子印迹技术和膜分离的优点，在水污染处理领域已引起广泛关注。项目针对功能单体种类较少、膜渗透通量较差等不足，从新型功能单体的合成入手，以Cr(Ⅵ)、Co(Ⅱ)、Cd(Ⅱ)等为目标离子，通过IIMs的合成和性能研究，筛选出合适的新功能单体，在水相中研究了IIMs的分离识别及渗透机理。主要研究内容如下：.（1）设计、合成了19个含有不同配位点的新功能单体（四氢吡咯类、酰胺类、β-二酮类和含P功能单体），并取得较高的收率。.（2）以Cr（Ⅵ）离子为印迹离子，合成的含N化合物为新功能单体，制备了Cr（VI）离子印迹膜（Cr(VI)-IICMs）及相应的非印迹膜（NCMs），对较优的Cr(VI)-IICM进行性能研究。结果表明：较优的Cr(Ⅵ)-IICM对Cr(Ⅵ)离子的印迹因子为2.58，渗透过程符合“促进”渗透机理。.（3）以Co(Ⅱ)离子为印迹离子，合成的酰胺类化合物为新功能单体，制备了Co(Ⅱ)离子印迹膜（Co(II)-PMMA-IICMs）及相应的非印迹膜（PMMA-NICMs）。结果表明：较优的Co(II)-PMMA-IICM对Co(Ⅱ)离子的印迹因子为2.36，渗透行为遵循“延迟”渗透机理。.（4）以Cr（Ⅵ）离子为印迹离子，合成的β-二酮类化合物为新功能单体，制备了具有“刺激响应性”的Cr(VI)-IICMs，并对较优的Cr(Ⅵ)-IICM进行了结构表征和性能评价。结果表明：较优的Cr(VI)-IICM对Cr(Ⅵ)离子的印迹因子为2.66，渗透过程符合“促进”渗透机理。.（5）以Cd(Ⅱ)离子为印迹离子，合成的酰胺类化合物为新功能单体，制备了Cd(II)离子印迹复合膜（Cd(II)-PMA-IICMs）和相应的非印迹复合膜（PMA-NICMs），并对较优的Cd(II)-PMA-IICM进行性能研究。结果表明：较优的Cd(II)-PMA-IICM对Cd(Ⅱ)离子的渗透过程遵循“促进渗透”机理。.上述研究结果说明：项目设计合成的新化合物是可以作为功能单体使用的，验证了功能单体设计的合理性，丰富了功能单体的种类，也为水体中重金属离子的去除提供了新的思路，具有一定的学术和研究价值