超亲和性螯合剂设计、合成及吸附重金属污染物的性能研究

我国大量河库湖泊等地表水重金属超标严重，危及几代人的健康。当前的吸附材料络合能力差，处理此类微痕量重金属污染水源的效果还不能令人满意。研究对重金属离子有超强络合能力的新材料有望解决这一难题。本项目运用分子模拟的方法，通过调控分子的配位点位置、距离、预组织螯合剂分子构象，设计对重金属离子具有超强亲和性的新型螯合剂。研究优化的合成工艺制备系列预组织构象双酮、双酰胺以及羟肟类螯合剂，采用IR、NMR、元素分析等进行结构表征；研究制备螯合剂与汞、铬、镉、铜等重金属离子反应的机理、动力学以及螯合性能；利用分子印迹技术将优选的螯合剂植入，构造超亲重金属离子螯合树脂，研究水中共存离子、pH值、盐等对吸附性能的影响以及吸附、解吸的热力学和动力学。获得超亲和重金属螯合剂的构造规律与方法，为微痕量重金属污染物处理提供重要的理论依据。

重金属污染引起广泛关注。当前的吸附材料络合能力差，处理此类微痕量重金属污染水源的效果还不能令人满意。硝酸体系中稀土萃取研究对高放废液处理具有参考价值。本课题获得了一些重金属螯合吸附剂的构造规律与方法，为重金属污染物处理提供参考。主要研究内容如下：.1 设计合成具有预组织构象的新型螯合剂分子.本项目借助分子设计与分子模拟，优选出了萃取剂以及吸附剂的母体结构。通过调控链段长短、取代基的电子效应和空间位阻、分支性以及柔曲性对配位原子的配位能力和间距，研究了不同母体结构、不同取代基的螯合剂性能。本项工作建立了多种新型螯合剂的合成路线，方法简便，收率高，并得到国内同行的应用。.2 稀土离子的萃取.研究了11种3-氧戊二酰胺类螯合剂从硝酸、盐酸中萃取稀土离子，得到了不同萃取剂萃取反应机理以及反应的热力学数据。发现氮原子取代基支链较多时，空间位阻较大，不利于萃取，氮原子取代基对羰基电荷密度的作用也是影响萃取性能的重要因素，揭示了萃取剂结构-性能关系的研究，将为萃取剂分子结构设计，建立有关数学模型奠定理论基础。研究发现稀释剂影响萃取机理和萃合物组成。随原子序数的增大，萃取率升高，表明研究的新萃取剂对重稀土具有更强的亲和力。.3 重金属离子的萃取.研究了多种3-氧戊二酰胺类萃取剂从盐酸介质中萃取Fe和Cu。该类萃取剂能从高氯离子条件下以[FeCl4]-有效萃取Fe,而对铜离子的萃取很弱，该研究对湿法冶炼铜以及铜废料回收有指导作用。研究了4种3-硫戊二酰胺类萃取剂对硝酸镉的萃取，发现在弱碱性的条件下萃取效果最佳，分析了结构与性能的关系。采用二氧化钛作载体，研究了Pro-BTP对镉、铅离子的吸附性能，负载后吸附性能大幅度提高。通过多配位点螯合、构象有利等手段构造、制备了二甘酸改性的聚苯胺、线性聚合三聚氰胺以及氨基改性氯球等具有亲重金属离子的新材料，部分新材料从稀溶液中一次吸附率达到99%以上。