[发明专利]基于环糊精的小分子污染物吸附材料及其制备方法

说明书

环糊精高分子聚合物，通过环糊精与有机酸反应得到的含有C＝O、C＝C和C‑O‑C等化学基团的环糊精高分子聚合物。环糊精高分子聚合物的制备方法，包括以下步骤：(1)将环糊精加入水‑有机酸混合体系中，水‑有机酸混合体系中水的含量为体积比0‑50％，得到环糊精的浓度为0.05‑1.0g/ml的三元混合物体系；(2)加热至反应温度为50‑180℃，反应时间不小于24小时；(3)冷却后过滤，用水清洗滤饼，干燥即可得到所述环糊精高分子聚合物，产率在50％‑70％之间。所述环糊精高分子聚合物，对小分子污染物的吸附速度极快，选择性极高。采用的原料简单，成本较低；制备过程对环境造成毒性很低，环糊精易于生物降解，环保又经济。

技术领域

本发明属于水处理领域，涉及一种处理材料及制备方法，具体涉及一种基于环糊精的小分子污染物吸附材料及其制备方法。

背景技术

生产废水和生活废水中含有多种有毒有害物质，对水体的污染日趋严重，因此，对废水的有效处理是备受广泛关注的社会问题。特别是在一些来源于农药和医药行业的废水，其中往往包含多种浓度较高的小分子污染物，对生态环境和人体健康的危害尤为严重。现今常见的处理方法是采用多孔材料吸附这些小分子，从而达到去除的目的。活性炭的比表面积较高，成本相对较低，因此成为应用最为广泛的小分子污染物吸附材料之一。然而，活性炭作为水处理材料的缺点也十分明显，主要有以下几点：(1)材料本身具备较强的疏水性，不利于材料在水中的分散；(2)吸附速度相对较慢；(3)材料再生处理需要消耗大量能源，且再生之后处理效率明显下降。

为了克服活性炭的上述缺陷，大量的多孔材料被合成并应用于废水处理领域的研究。其中一类材料是基于主客体化学(Host-guest chemisty)体系形成的包含物(Inclusion complex)，可以形成对小分子污染物进行有效吸附的多孔结构。传统的主客体化学材料，如杯芳烃和环糊精等是广泛被应用于废水处理的代表性体系。其中，以环糊精作为原料的水处理多孔材料体系研究更为深入。

环糊精是由淀粉经过酶转化而形成的寡聚多糖结构，是水处理领域最常见的材料之一。将其用于作为小分子污染废水处理有较多优点：(1)其分子周围分布的众多的羟基赋予了其良好的亲水性，同时在其空腔内部具有一定的疏水性；因此环糊精分子本身提供了一种特定尺寸的空腔，可容纳有机小分子污染物，是去除水体中有机小分子污染物的良好载体。(2)环糊精与小分子污染物之间的主客体化学作用具有较强的可逆性，使得材料的低成本再生使用成为可能。(3)环糊精的成本低廉，由于其富含多糖结构，可完全生物降解，环保。

美国西北大学Dichtel课题组发展了一种非常经济高效的方法来制备β环糊精多孔材料(Alaaeddin Alsbaiee,Brian J.Smith,Leilei Xiao,et al.Nature 2016,529,190-194)。该方法使用四氟对苯二腈共同作为单体(附图1)，以四氢呋喃形成溶剂，在80℃温度条件下共聚反应两天，以～20％的产率得到了β环糊精多孔材料P-CDP。与活性炭相比，该材料可以较快速度吸附去除多种小分子污染物，同时简单经过甲醇清洗后即可实现材料的再生，且再生后材料的小分子吸附性能基本没有降低。

然而，该方法仍然存在一定的缺点：(1)该方法使用的四氟对苯二腈，对人体刺激性和毒性较大；另外，材料中含有较多的氟元素，不易生物降解，不环保；(2)制备步骤较为繁杂，不但需要在有机溶剂中加入碱作为催化剂，而且需要在80℃经过48小时才能完成材料制备，此外，整个过程需要惰性气体进行保护，制备完成后还需要在真空液氮条件下进行干燥除水等步骤，大大提高了制备成本；(3)由于β环糊精在有机溶剂中的溶解度有限，同时制备过程的氟代亲核取代反应效率相对较低，因此产率不高，不利于进一步的工业化规模放大过程。