基于巯基—双键点击反应制备功能性有机硅材料及其污水处理应用
发布时间：2020-03-19 08:15
【摘要】：随着国民经济和人口数量的快速增长,水污染问题日益加剧,对人类健康构成了重大威胁。世界卫生组织调查报告指出,发展中国家中,人们所患80%的疾病与水污染有关。因此,从污水中快速去除有害物质对于人类健康和环境保护是十分必要的。水污染物中,油类等有机物、染料、重金属等污染最为常见,危害广泛。目前,在诸多处理水污染的方式中,吸附材料因其易于加工、廉价、选择性好、可重复使用和对环境无害等优势而成为了一种应用最广泛的清理污染的方式。有机硅材料具有无毒、生理惰性、难燃、耐高低温、耐候、耐老化、电绝缘、耐臭氧等许多独特性能,已广泛应用于航空航天、电子电气、轻工、化工、建筑、纺织、机械制造、医疗卫生、日用化工等国民经济部门中。功能性有机硅材料因其官能团所具有的特殊性能,除了具备有机硅材料的普遍优势外,还有很多特殊用途。其中,有机硅材料在污水处理方面也具有很大的应用潜力。巯基-双键点击反应是点击反应的一种,于室温环境下即可发生,反应条件温和,速度快、产率高且副反应少,立体选择性高,反应过程不需要贵金属催化剂,原料来源十分广泛。因此,已广泛应用于高分子合成的各个方面。相比于碳基材料,有机硅材料合成中的反应种类较少,反应条件要求较高,限制了新型有机硅材料的广泛使用。将巯基-双键点击反应应用于功能性有机硅材料制备,对有机硅的发展具有重要的意义。本论文将通过疏基-双键点击反应制备多种功能性有机硅材料,包括有机硅化合物、有机硅聚合物和有机硅网络结构,并研究其性质及其在油水分离、染料与重金属离子吸附等方面的应用,主要工作如下:1.首先通过简便高效的巯基-双键点击反应,使官能化烯烃与巯丙基二甲氧基硅烷反应,定量获得几种官能化硅氧烷单体,随后由这些单体聚合得到功能性聚硅氧烷。该两步法反应是合成功能性聚硅氧烷的新颖且有效的方法。此外,将得到的含有巯丙基和聚醚侧链的接枝共聚物(PETH)成功地用于聚(苯乙烯-b-丁二烯-b-苯乙烯)三嵌段共聚物的亲水改性。基于PETH的蓝色发光聚硅氧烷弹性体表现出良好的亲水性,可用于生物医学领域。2.基于巯基-双键点击反应制备了水溶性聚醚改性硅油,发现其具有非典型荧光发射现象。基于实验结果,首次提出了一种新型的非典型发色团S→Si相互作用,并通过理论计算和对比试验等手段初步证明了其发光机理。该荧光是通过空间电荷转移产生的,S1Si相互作用使该过程更容易发生。此外,研究了该类化合物的荧光强度随温度,浓度和溶剂种类的变化规律。温度下降,荧光强度增强。这种非典型发色团还显示出AIEE(聚集诱导的发光增强)现象。PETH中的巯基和硫醚基团可作用于Hg2+和Fe3+,破坏S1Si相互作用并使荧光淬灭。因此,将PETH用作水中Hg2+和Fe3+的荧光探针,检测金属离子浓度,且检测限很低。3.通过巯基-双键点击反应和简单的后处理,合成了一种新型的有机硅吸油树脂,用于处理废油。该材料对多种油类均具有较高吸附能力,且吸附时间短,可重复使用性好,耐高低温。此外,这种材料具有疏水亲油性,可用于油/水分离。吸油率随油类的极性不同而发生变化,我们首次将这种性质用于油类的脱吸附。详细研究了吸附动力学、热力学和吸附机理,发现吸附过程分两步进行,吸附动力主要来自于材料与油品间的范德华作用力。4.首次在低温条件下,通过巯基-双键点击反应一锅法合成了大孔有机硅海绵材料。该海绵具有高孔隙率,低密度,持久的高疏水性,超亲油性,良好的隔热性和优异的可压缩性(在93%应变下应力为11.01 MPa),另外,材料不易燃,稳定性好,无毒。海绵的形态,孔径,密度和压缩性质可通过调节合成条件来控制。此外,海绵可用于快速油/水分离,具有良好的吸油能力,优异的可重复使用性和分离效率(99%)。它在减震,缓冲和压力传感领域也具有良好的应用潜力。5.通过两步巯基-双键点击反应合成了超双亲有机硅海绵。除了有机硅材料的优点外,该形状可控的海绵还具有高孔隙率,低密度,良好的可压缩性,对水、油和水/油乳液优异的吸附能力和可重复使用性。块状海绵可以从含有多种离子的溶液中选择性地吸附Hg2+,吸附量和去除效率均比较高,且不受溶液pH值影响,表明应用范围广泛。该海绵还能快速高效地吸附阳离子染料。此外,该海绵可作为滤芯,Hg2+和染料溶液经过过滤处理之后,滤液可达到饮用水标准;经过简单的洗涤过程后,滤芯可以重复使用,过滤效率几乎保持不变。
【图文】：
这种超疏水海绵在复杂环境下，表现出快速油水分离性能，因其成本低，逡逑制造工艺简单，，可应用于工业生产。该研[偺岢隽艘恢滞ü慕ひ滴讲牧侠村义现圃旄咝臀郊恋募虮愕男路椒ǎㄍ迹保玻＃郏常ǎ蒎义希冲危哄五五五澹忮澹欤铮铮五义稀鲥澹骸觯荆海海五澹欤澹睿颍义希浚伟戾逵咫ュ弩邋迩劐义涎唬福埃义稀幸唬亏搿稉谢蠢逦＿邋？邋？逡逑一▲…… ．一—ｔｏｉｔ，ｅｎ＊逦p哄危垮鍤0教＃邋褊逡逑灥—ｃｙ邋你邋ｈｅ邋娜ＩS妹
本文编号：2589967
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