Page 179 - 《精细化工》2022年第11期
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第 11 期                   刚恺悦，等:  基于静电作用选择性吸附染料的超分子凝胶剂                                   ·2329·


                                 [8]
            性染料的脱色效果最好 。多孔海绵因价格低廉、                             1   实验部分
            孔隙率高、机械性能强等特点，在水修复领域备受
            关注   [9-11] 。但其吸附能力低、选择性差，应用受到                     1.1   试剂与仪器
            了限制。表面改性可以提升海绵的吸附能力，其中，                                D-葡萄糖酸内酯、3,4-二甲基苯甲醛、浓盐酸
            应用最广泛的改性方法是浸涂法                [12-14] ，关于海绵从       （质量分数为 37.5%）、3-二甲氨基丙胺、4-二甲氨
            水中吸附染料的研究并不多             [15] 。                    基吡啶（DMAP）、溴代正辛烷、溴代十六烷、十二
                 近年来，超分子凝胶作为经济、高效的水溶性                          烷基硫酸钠（SLS），AR，上海迈瑞尔化学技术有限
            染料吸附剂备受关注          [16-18] ，其三维纤维网络结构提             公司；各种有机溶剂，AR，天津市元立化工有限公
            供了大的表面积和丰富的吸附位点，从而快速有效                             司；龙胆紫（CV）、罗丹明 6G（R6G），AR，天津
            地吸附染料      [19-21] 。例如：DENG 等   [22] 证明了由超支        索罗门生物科技有限公司；酸性红 87（AR87）、甲
            化聚醚胺（hPEA）与三甲氧基硅烷一锅法水解制备                           基橙（MO），AR，天津希恩思奥普德科技有限公司；
                                                                                           3
            的新型杂化水凝胶（SiO 1.5 -hPEAs-Gels）可选择性                  三聚氰胺海绵，密度为 9 mg/cm ，上海倍优建材有
            吸附水体中的阴离子染料玫瑰红、甲基橙以及中性                             限公司。
            染料中性红，而对阳离子染料亚甲基蓝和罗丹明 6G                               Varian Inova 500 MHz 核磁共振波谱仪，美国
            吸附能力很低。CHENG 等           [23] 通过羧基功能化的咪            Varian 公司；TOF-QⅡ分辨质谱仪、Nicolet IS5 傅
            唑基材料在二甲基亚砜（DMSO）/H 2 O 混合溶剂中                       里叶变换红外光谱仪，美国 Thermo Fisher Scientific
            构建的超分子凝胶，在 10 min 内从水中吸附了 80%                      公司；S-4800 场发射扫描电子显微镜，日本日立公
            的阴离子染料曙红 Y。HAN 等           [24] 制备了 D-葡萄糖缩         司；MiniFlex 600 X 射线衍射仪，日本理学株式会
            醛基衍生物与脂肪酸复配的双组分水凝胶 C6-A18 及                        社；Cary 5000 紫外-可见-近红外分光光度计，安捷
            其同分异构体 D6-B18，其干凝胶通过静电相互作用                         伦科技(中国)有限公司；Zetasizer Nano ZS90 纳米粒
            实现了对阴阳离子染料的选择性吸附，在 24 h 内对                         度电位分析仪，英国 Malvern 仪器有限公司。
            龙胆紫的吸附量为 1093.3 mg/g，但该系列干凝胶存                      1.2   制备
            在吸附速率慢，且吸附量有限的问题。之前的研究                             1.2.1   凝胶剂的合成
            发现   [14,25-26] ，改性三聚氰胺海绵对染料的去除作用                      在本课题组之前工作的基础上              [24] ，设计、合成
            均来自于对其进行改性的材料，而三聚氰胺海绵本
                                                               2,4-(3,4-二甲基苯亚甲基)-N-(3,3-二甲胺基丙基)-D-
            身对染料无吸附作用。三聚氰胺海绵的三维骨架结
                                                               葡萄糖酰胺（AP）。将 3.96 g（0.01 mol）AP 和 50 mL
            构为对其改性的材料提供了一个良好的模板，有助                             乙腈搅拌均匀后逐滴加入 1.93 g（0.01 mol）溴代正
            于提高材料与水溶液的接触面积。例如：WAN 等                     [25]
                                                               辛烷或 3.05 g（0.01 mol）溴代十六烷，加热回流反
            将亲水性的 MoS 2 包覆在三聚氰胺海绵骨架上制备
                                                               应 48 h。反应液抽滤后，滤液旋蒸除去溶剂，所得
            改性材料 SMS2，MoS 2 在三聚氰胺海绵骨架的表面
                                                               粗品用乙酸乙酯（3 × 100 mL）洗涤，60  ℃干燥 24 h
            上易于聚集和组装，极大增加了 MoS 2 与水的接触
                                                               得产物二甲基辛基-{3-[2,4-(3,4-二甲基苯亚甲基)-
            界面，SMS2 吸附 12 min 后，甲基橙溶液颜色由橙
                                                               D-葡萄糖酰胺基]}-丙基溴化铵（J8）或二甲基十六
            色变为无色，而甲基橙溶液中未发现原始三聚氰胺
                                                               烷基-{3-[2,4-(3,4-二甲基苯亚甲基)-D-葡萄糖酰胺
            海绵的脱色现象，说明 SMS2 对甲基橙的有效去除
            主要来自于 MoS 2 。颜汝玉等         [26] 将 3,6-二氧杂辛胺接        基]}-丙基溴化铵（J16）。
                                                                   将 Jn（n=8 或 16）中的卤素阴离子置换为十二
            枝到 D-葡萄糖缩醛基衍生物侧链上，并与石胆酸进
                                                               烷基硫酸根阴离子，得到新的凝胶剂 SL-Jn。向装有
            行复配得到双组分凝胶剂 AO6S。通过将凝胶剂负
                                                               磁力搅拌的 500 mL 圆底烧瓶中加入 2.88 g（0.01 mol）
            载到三聚氰胺海绵上可选择性吸附阳离子染料，但
            无法吸附阴离子染料，且吸附量较低，对龙胆紫的                             SLS 和 150 mL 无水乙醇，待 SLS 完全溶解后加入
                                                               5.90 g J8 或 7.02 g J16（0.01 mol），65  ℃反应 4 h。
            吸附量仅为 754.68 mg/g。所以，选取三聚氰胺海绵
            作为固体载体是可行的。                                        将反应液过滤取滤液进行旋蒸，将所得粗品用蒸馏
                 本文拟设计、合成一系列季铵盐型凝胶剂，通过                         水（50 mL × 3 次）进行洗涤，70  ℃干燥 48 h 得产
            调控烷基侧链的长度来实现对阴阳离子染料的选择性                            物二甲基辛基-{3-[2,4-(3,4-二甲基苯亚甲基)-D-葡
            吸附。此外，以市售的三聚氰胺海绵为固体载体，采                            萄糖酰胺基]}-丙基十二烷基硫酸铵（SL-J8）或二甲
            用浸渍法将凝胶剂负载于三聚氰胺海绵骨架表面，并                            基十六烷基-{3-[2,4-(3,4-二甲基苯亚甲基)-D-葡萄
            用于阴阳离子染料的选择性吸附。本文为实现含阴阳                            糖酰胺基]}-丙基十二烷基硫酸铵（SL-J16）。
            离子染料废水的处理提供了一种经济、有效的途径。                                合成物质的结构式如下所示：
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