聚酰胺胺高分子材料在水处理中的应用-王超

收稿：２０１３－０５－１３；修回：２０１３－０７－０７；基金项目：国家自然科学基金（２０９０７０７６）；重庆工商大学学科发展重点研究项目（１２５２００２）；作者简介：王超（１９８９－），男，硕士研究生，主要从事环境功能材料研究；＊通讯联系人，Ｅ－ｍａｉｌ：１５７０２０７６９＠ｑｑ．ｃｏｍ．聚酰胺胺高分子材料在水处理中的应用王超１，李昕２，李宁１＊（１．重庆工商大学环境与生物工程学院，重庆４０００６７；２．重庆电力高等专科学校动力工程系，重庆４０００５３）摘要：聚酰胺胺（ＰＡＭＡＭ）是一种树枝状大分子，由中心核与高度对称的密集外层构成，表面含有大量的末端官能团。这种结构使ＰＡＭＡＭ具备许多独特的功能，被广泛应用于环境污染治理研究。本文简单介绍了ＰＡＭＡＭ的结构特征、合成方法，综述了近年来ＰＡＭＡＭ及其衍生物在含染料、有机小分子污染物、重金属离子、油污等废水处理中的研究进展，并展望了对其未来在水污染治理中的研究方向。关键词：聚酰胺胺；有机污染物；重金属；含油废水１９８５年Ｔｏｍａｌｉａ等首次合成了ＰＡＭＡＭ树枝状大分子至今，ＰＡＭＡＭ已成为研究最广泛、最深入的树枝状大分子之一。近年来，该材料及其衍生物的合成、性能与应用等方面的研究发展十分迅速，已开始应用于催化［１］、纳米材料［２］、液晶材料［３］、生物医学［４］和基因工程［５］等重要领域。目前，ＰＡＭＡＭ在污水处理方面的研究也取得了突飞猛进的进展，引起了人们的浓厚兴趣，在当今环境问题日益严重的情况下，ＰＡＭＡＭ及其衍生物水处理材料的开发和研究在环境保护方面的具有重要的现实意义和价值。１ＰＡＭＡＭ的合成及其特点ＰＡＭＡＭ的合成方法主要有发散法［６，７］、收敛法［８］与发散收敛结合法［９］，其中最为常用的是发散法：以乙二胺为核，和丙烯酸甲酯Ｍｉｃｈａｅｌ加成，再进行氨解反应，重复以上步骤即可得到不同代数产物。ＰＡＭＡＭ是一种高度分支的新型树枝状高聚物［１０］，由中心向外发散，分为内体、外表面层和活性中心三部分。由于结构特殊，相对于其它材料，该材料具有许多突出优势。ＰＡＭＡＭ分子链增长具有可控性，末端含大量官能团（酯、伯胺），且官能团的数目随分子代数增加呈几何级数增加，可引入许多其它功能性官能团，进行修饰和改性，以得到功能更完善、性能更好的新材料。此外，该大分子呈树枝状发散，拥有非常精确的纳米尺寸和分子结构，具有高度的几何对称性。分子内部则存在许多的空腔，这些空腔使其具备类似活性炭的吸附功能。以４代ＰＡＭＡＭ为例，结构如图１所示。２ＰＡＭＡＭ在水处理中的一些应用近年来，现代工业的飞速发展以及人们环保意识的薄弱，人类面临着日益严峻水污染问题，环境污染物的治理势在必行。以下就近年来ＰＡＭＡＭ及其衍生物在废水处理中的研究进展作简单综述。（１）含染料废水的处理染料现已被广泛用于食品、印染、化妆品和纺织等不同领域。随着全世界染料用量的不断增加，每年有大量含有染料的污水被排放到自然中，造成了严重的污染。有些染料甚至具有毒性、致癌性［１１～１６］。印染废水具有高色度、高ＣＯＤ、微生物降解程度低、有机成分复杂等特点，是工业废水处理中一个很大的难题［１７～２０］。现阶段染料废水的处理方法中，絮凝法是一种常用的物理方法［２１～２３］。整代的ＰＡＭＡＭ树形分子是·９９·第１２期高分子通报图１４代ＰＡＭＡＭ分子的结构Ｆｉｇｕｒｅ１ＭｏｌｅｃｕｌａｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＧ４ＰＡＭＡＭ一种很好的絮凝剂［２４］，其表面带有许多—ＮＨ２基，在酸性条件下，—ＮＨ２基带正电，可中和废水中负电胶粒，压缩负电荷胶体的双电层，从而降低ζ电位，使胶体稳定性遭到破坏，进而发生凝聚。—ＮＨ２基团还具有强的配位络合作用，酸性条件下可形成阳离子化合物Ａ－ＮＨ３＋Ｘ－，能与胶粒表面某些基团络合，加速胶体凝聚。周贵忠等［２５］用４代ＰＡＭＡＭ树形分子对以酸性红Ｂ为代表的１２种水溶性染料模拟废水进行脱色处理，研究了时间、ＰＡＭＡＭ的加入量以及溶液的酸度对脱色率的影响，结果表明：ＰＡＭＡＭ树形分子对水溶性染料具有优异的脱色效果，在ｐＨ＝１～９较宽的范围内，１０ｍｇ／ＬＰＡＭＡＭ在１０ｍｉｎ左右便能使多数模拟废水脱色９８％以上，ＣＯＤ去除率在９６％左右。将ＰＡＭＡＭ树形分子负载于廉价的沸石之上［２６］，不但可以综合ＰＡＭＡＭ的螯合作用和天然沸石的吸附作用，还降低了ＰＡＭＡＭ单独使用时受随机影响因素的干扰，是一种经济的处理印染废水方法。环糊精能和很多疏水的客体分子形成包合物，是性能优良的包合材料［２７］。本课题组将ＰＡＭＡＭ与环糊精交联，制备了一种聚酰胺胺－环糊精新型共聚物（ＰＡＭＡＭ－ＣＤ），它不溶于常见的酸碱及其它溶剂，在２００℃以下有较好的热稳定性［２８，２９］。该聚合物对水中的亮蓝（Ａｃｉｄｂｌｕｅ９，Ｃ．Ｉ．４２０９０）、胭脂红（ｐｏｎ