环糊精在环境治理中的应用研究进展_李海丰

第一作者:李海丰,男,1985年生,硕士研究生,研究方向为水污染控制化学。＊国家自然基金资助项目(No.20477031);江西省教育厅资助项目(No.2006[212])。环糊精在环境治理中的应用研究进展＊李海丰1王光辉1于荣1邓南圣2(1.东华理工大学土木与环境工程学院,江西抚州344000;2.武汉大学资源与环境学院,湖北武汉430079)摘要环糊精及其衍生物由于具有一定大小的低极性空腔结构,能够包合多种低极性有机物,形成主客体包合物。这种包合物的形成可以增加有机物的水溶性和促进其被微生物的分解利用;可以改变有机物的物理化学特性,促进其在光化学和芬顿体系中的降解;可以在去除有机物的同时,去除Cd2+等无机物;此外,环糊精还可以用来制成环境友好材料,吸除空气和水中污染物。关键词环糊精包合增溶降解LiteraturereviewontheusesofcyclodextrinsinenvironmentalcontrolapplicationsLiHaifeng1,WangGuanghui1,YuRong1,DengNansheng2.(1.CivilandEnvironmentalEngineeringCollege,EastChinaInstituteofTechnology,FuzhouJiangxi344000;2.SchoolofResourcesandEnvironmentalScience,WuhanUniversity,WuhanHubei430079)Abstract:Manylow-polaritypersistentorganicpollutants(POPs)arereadilyadsorbedoncyclodextrinsduetotheiruniquestructureoflow-polaritycavitiesofappropriatesize.ThePOPsfromlesstoxicandmoresolublecomple-xesintheadsorbedstateandarefinallyremovedbybiodegradation.Amodifiedcyclodextrinwithhigherwatersolubil-ityisoftenmorecosteffective.ThecyclodextrinsorderivativesareemployedtoremovesomePOPsandinorganicpol-lutants(heavymetals)thatmayformcomplexeswiththeorganicpollutants;theywillbefoundinmanymoreenvi-ronmentalcontrolapplicationsforremovingpollutantspresentinair,waterandsoilmedia.Keywords:CyclodextrinInclusionEnhancedsolubilizationDegradation环糊精(Cyclodextrin,CD)是由环糊精葡萄糖基转移酶(CGT)作用于淀粉产生的一组以α-1,4糖苷键结合的环状低聚糖,具有非还原性、无毒性,且不易被酸水解。一般常见的有α-CD、β-CD、γ-CD,分别由6、7、8个葡萄糖单元结合而成的锥筒状分子。其中β-CD最易制得,应用也最广泛。环糊精自从被发现的100多年来受到了广泛的研究和应用,这和它们特殊的分子空腔结构密切相关。腔内侧由H原子及α-1,4糖苷键键合的O原子构成,处于碳氢键的屏蔽中,是疏水的;外腔则由于羟基的聚集而呈亲水性[1]。正是由于其“内疏水,外亲水”以及低极性的空腔使得其可以诱导、选择结合和催化某些有机反应,作为受体借助分子间的作用,比如范德华力、疏水相互作用和氢键等[2],包络不同的客体化合物。由于β-CD本身溶解度较小,为了增强使用效果,常把它的某些基团进行修饰,得到水溶性更大、应用更广的环糊精衍生物,比如甲基-β-CD(MCD)和羟丙基-β-CD(HPCD)。由于环糊精及其衍生物本身的分子特性及功能,而被广泛用于促进疏水性有机物的溶解、有毒污染物的水解和生物代谢、吸除空气中污染物和控制污染源的释放等各个方面。1环糊精对有机物包合及去除效果的影响因素环糊精在环境中的应用大多是通过与有机物形成包合物来实现的。影响环糊精对有机物包合及去除效果的因素大体有以下几种。1.1有机物的疏水性由于环糊精空腔是低极性的,所以它易于和疏水性有机物形成稳定的包合物。1.2有机物分子尺寸和环糊精空腔的匹配程度当有机物分子形状大小越接近环糊精的空腔大小时,它们包合形成的主客体化合物越稳定,对有机物的增溶能力也就越强。GAO等[3]研究发现由于菲的分子尺寸和