酚胺聚合物制备及其吸附重金属离子性能研究

The project fabricates catechol-diamine polymers by polymerization of catechol and diamines and studys their properties. The polymerization conditions will be optimized through regulation of polymerization temperature, reaction time, solvents, catalyst dosage and molar ratio of catechol to diamine. Different kinds of diamines are chosen, e.g. lysine, hexamethylene diamine and triethylenetetramine, to prepare catechol-diamine polymers with different properties. And the polymers can be modified easily with amino acids or other compounds so as to improve their properties. The polymers' absorption property of heavy metal ions will be measured by ICP and the influence factors are systematically investigated, and influence. Finally, on the basis of thoroughly understandings of their properties, the magnetic catechol-amine polymers capsules are prepared to get the multi-functional responses and repeated use so that the polymeric products can be applied in real life. The study of this project aims to create a new method to prepare catechol-diamine polymers, produce a series of catechol-diamine polymers, extend the field of polymerization at room temperatue and found a solid foundation for dealing with the pollution of heavy metal ions on both theory and technology level.

本项目开展由邻苯二酚和二胺化合物（如己二胺、三乙烯四胺、手性赖氨酸等）制备酚胺聚合物并利用其活性基团进行化学修饰和复合及其吸附重金属离子方面的基础研究。主要围绕（1）利用凝胶色谱仪等进行分子量跟踪监测，考查配料比、溶剂、催化剂、二胺化合物、时间及温度等实验条件的影响，制备系列酚胺聚合物材料；（2）借助电感耦合等离子发射光谱仪等评价酚胺聚合物吸附重金属离子性能，探究影响因素和规律；（3）利用酚胺聚合物键合成膜的能力制备磁性酚胺聚合物微胶囊，并进行功能化修饰，获得响应性和重复利用性。 本研究旨在开发温和条件下制备酚胺聚合物的方法，实现酚胺聚合物材料的功能调控，为拓展室温聚合研究领域及重金属离子吸附等提供理论依据与技术支持。

随着科技发展，人们生活日新月异，在享受生活的同时，也面临着严峻的环境问题，其中，重金属污染便是当今世界急需解决的棘手问题之一。从“水俣病”到“骨痛病”，从“血铅超标”到“镉米”，一次次证明重金属污染的严重危害，如何彻底解决这一问题，仍然是一项挑战。. 本研究围绕项目年度计划进行，完成了项目的研究内容，达到预定目标。本研究制备了聚（邻苯二酚-己二胺）、聚（邻苯二酚-二乙烯三胺）和复合材料Fe3O4@PCBA、GO@PCHA、 SiO2@PCHA等酚胺聚合物材料，并应用于吸附Cr（VI）、Cd（II）、Pb（II）和Cu（II）等重金属离子。探究温度、浓度、时间、pH、外加离子等各种因素对实验过程的影响，并将吸附数据用等温吸附模型、吸附动力学模型、热力学方程进行拟合，定性分析实验。研究发现：(1) 酚胺聚合物对Cr（VI）离子有非常好的吸附性能，即使在较高的pH值下，吸附量也在175 mg/g以上。尤其引人注目的是酚胺聚合物在吸附铬（VI）的同时，会将铬（VI）还原成对人有益铬（III）。(2) 酚胺聚合物对Cu（II）离子有较好的吸附性能，几乎不受其他离子的影响，吸附量在25 mg/g以上。(3) 酚胺聚合物对Pb（II）离子有较好的吸附性能，吸附量在18 mg/g以上，受一些离子的影响，但比较低，如钴（II）、镍（II）等重金属离子。(4) 酚胺聚合物对Cd（II）离子可以较好的吸附，吸附量在25 mg/g以上，但是，受其他离子的比较严重影响，尤其是铜（II）、钴（II）、镍（II）等重金属离子，甚至可引起高达80%的下降。因此，酚胺聚合物在处理含Cr（VI）污水或含Cu（II）污水方面，有良好的应用前景；在处理Pb（II）污水或含Cd（II）污水方面，需限制操作条件。. 通过以上的研究工作，建立温和条件下制备酚胺聚合物的方法，并将其与其他材料复合，研究对重金属离子的吸附性能，为含酚类化合物的天然产物的深加工和含酚、胺工业废液的再利用奠定了坚实的基础。本项目执行期间，研究结果主要以研究论文的形式报道，在国内外刊物上发表了12篇论文，申请发明专利12项，其中1项已授权。