化学修饰桥联β-环糊精构建金属配合物及吸附、分离铀钍机制

β-cyclodextrins is a new type of supramolecular compound with a large ring forming a unique cavity structure. By chemical modification of the heterocyclic molecule with various functional organic groups, it can generate functional receptors with selective recognition. This project will synthsize the connected β-cyclodextrins derivatives by introduction of some functional groups containing specifical atoms (S,O,N,etc.) such as bipyridine,biacylamino, or thiol, investigate the grafting process, and construct supramolecular metal complex using the derivative as a functional monomer with metal ions, uranyl or thorium. The project will use a series of methods to determine the structure, surface area, size and relative properties of the materials. The synthesized metal complexes will be used to systematically analyze the adsorption and migration of uranyl or thorium under the condition of trace uranyl or thorium in waste water, and to study the best conditions for adsorption, the properties and mechanism of adsorption, thereby selecting the metal compelxes with the best adsorption and seperation ability. This project will then setup the adsorption thermodynamic and kinetic models and further study on the coordination and adsorption mechanism of supramolecular heterocyclic metal polymer. The new heterocyclic supramolecular metal adsorption materials, as developed in this project, will ultimately provide technical supports for the recovery of uranyl or thorium in radioactive waste water.

β-环糊精是具有独特空穴结构的大环超分子化合物,通过化学修饰可在环糊精及其衍生物等杂环大分子上选择性引入有机官能团,产生一类具有选择性识别功能的受体。本项目在β-环糊精上引入某些特定的原子(S、O、N等)官能团如联吡啶、双酰胺基或硫醇等合成桥联β-环糊精衍生物，并研究其包结配位过程,并以此为功能单体与铀酰、钍构建超分子金属离子配合物。项目将采用系列手段对材料进行结构、表面积、粒径及相关性质测定。将合成的金属离子配合物在含贫铀、钍废水基体条件下对铀酰、钍的吸附、分离作系统分析，研究铀酰、钍吸附条件、吸附性能及机制，筛选出吸附、分离性能好的金属离子配合物。建立吸附热力学和动力学模型，并进一步研究超分子杂环金属配合物的配位及吸附机理。项目制备的新型杂环超分子金属离子配合物能为放射性废水和铀酰、钍回收提供技术支撑。

本项目是利用有机合成、高分子化学及环境、功能材料等交叉学科领域的新原理、新方法来解决核工业生产中放射性核素处理和综合治理问题。.项目组通过4年的团队科学研究，较好地完成项目的研究目标，以特异官能团合成系列桥联β-环糊精，并对它的制备方法、配位结合性能及协同作用进行研究，并利用化学修饰的桥联β-环糊精构建铀酰、钍金属配合物在含铀酰、钍废水中进行吸附、分离。. 项目并进行研究领域的延伸和拓展，利用响应曲面法的Box-Behnken Design进行应用设计，对影响金属离子配合物性能的多种因素间的交互影响进行优化研究，研究结果可为实际工程应用提供指导。. 本项目通过合成9类桥联β-环糊精和β-环糊精衍生配合物（包括乙胺桥联β-环糊精、对苯二甲酰氯桥联β-环糊精、6-OTs-β-CD/二苯乙二酮包合物、水杨酰胺修饰β-环糊精衍生聚合物、氯乙酸乙酯对β-环糊精、间苯二甲胺桥联β-环糊精、联苯甲酰桥联β-环糊精包合物、1,3-二甲氨基苯桥联β-环糊精、改性β-CD准聚轮烷），优化合成条件，并进行系列表征，并将合成产物分别应用于放射性Th(IV)和U(VI)离子的吸附研究，探究系列单因素对吸附的影响，并进一步研究吸附过程的各种吸附模型。另外，还对其脱附性能和吸附剂的再生性进行研究。同时桥联包合物对放射性Th(IV)和U(VI)离子的吸附过程符合各种吸附模型进行探究，并对桥联β-环糊精包合物进行热力学和动力学吸附研究，获取了有意义的吸附常数、吸附动力学模型等信息。. 本项目合成9类桥联β-环糊精和β-环糊精衍生配合物可作为低浓度放射性废水的吸附剂，具有操作简单，操作条件温和，吸附时间短、对干扰离子的影响不明显，且吸附效果良好的特点，吸附剂经解吸，可重复吸收，回收率较高。此项研究对放射性核素吸附迁移、分离具有开拓性的意义和潜在的应用价值。