申请日2016.12.16
公开(公告)日2017.04.26
IPC分类号C08B37/16; B01J20/24; B01J20/30; C02F1/28; C02F101/20; C02F101/30
摘要
本发明公开了一种β‑环糊精复合物及其制备方法与在水处理中的应用。其制备方法，包括如下步骤：在惰性气氛中，将β‑环糊精、交联剂、碱性化合物于溶剂中进行第一次取代反应后，再加入氮化碳进行第二次取代反应，反应完毕得到所述β‑环糊精复合物。本发明制备的多孔β‑环糊精聚合物能快速包合水中各种有机微污染物，其吸附速率常数比活性炭和非多孔β‑环糊精吸附剂材料大。当水中含有多种有机微污染物时，聚合物可以快速去除各种有机污染物，表明其用途范围广泛。此外，聚合物可在温和条件下再生数次，并且没有性能损失。
权利要求书
1.一种制备β-环糊精复合物的方法，包括如下步骤：
在惰性气氛中，将β-环糊精、交联剂、碱性化合物于溶剂中进行第一次取代反应后，再加入氮化碳进行第二次取代反应，反应完毕得到所述β-环糊精复合物。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述交联剂为五氟吡啶或四氟对苯二甲腈;
所述碱性化合物为K2CO3或KHCO3;
所述溶剂为四氢呋喃或由四氢呋喃与二甲基甲酰胺组成的混合液;所述四氢呋喃与二甲基甲酰胺的体积比为7-9：1或8：1。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述碱性化合物与β-环糊精的质量比为3-5：1;
所述β-环糊精与交联剂的重量比为2-3：1;
所述氮化碳与β-环糊精的重量比为1：1-3或1：2。
4.根据权利要求1-3中任一所述的方法，其特征在于：所述取代反应步骤中，温度均为60-120℃或85℃;
第一次取代反应的时间为48～72小时;
第二次取代反应的时间为12-48小时或24小时;
所述取代反应均在惰性气氛或氮气气氛中进行。
5.根据权利要求1-4中任一所述的方法，其特征在于：所述方法还包括如下步骤：在第二次取代反应步骤之前，先将氮化碳在NaOH的水溶液中进行活化反应。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于：所述活化反应步骤中，氮化碳与NaOH的用量比为0.1g：0.048mol-0.72mol或0.1g：0.06mol;
温度为40-80℃或60℃;时间为12-48小时或24小时。
7.根据权利要求1-6中任一所述的方法，其特征在于：所述方法还包括如下步骤：
在所述第二次取代反应步骤之后，将反应体系冷却、过滤，除去残余的碱性化合物后，用洗涤溶剂洗涤所得固体，干燥而得。
8.权利要求1-7中任一所述方法制备得到的β-环糊精复合物。
9.权利要求8所述β-环糊精复合物在水处理或吸附有机污染物和重金属离子中至少一种中的应用。
10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于：所述有机污染物为双酚A或三氯苯酚;
所述重金属离子为汞离子或铅离子。
说明书
一种β-环糊精复合物及其制备方法与在水处理中的应用
技术领域
本发明属于废水处理技术领域，涉及一种β-环糊精复合物及其制备方法与在水处理中的应用。
背景技术
诸如杀虫剂和药物等有机微污染物，引发的水资源污染事件引起了人们对水生生态系统和人类健康潜在影响的担忧。去除水中有机污染物最常用的是活性炭，但活性炭有几个缺陷，包括吸附污染物的速度慢，以及难于去除许多相对亲水的微污染物。此外，再生废活性炭需要大量能量(需要加热至500-900摄氏度)，并且不能完全恢复活性炭的性能。
现代工业发展产生大量工业废水，既包括有机微污染物，又包括重金属离子，含重金属离子的废水对环境和人体都有很大危害，吸附和回收重金属离子对环境和人体健康都有重大意义，碳氮化合物可用于重金属离子的吸附。
β-环糊精是一种廉价的、可再生的葡萄糖产物，可从水中吸附微污染物。β-环糊精可与污染物形成主客体复合物，但是到现在为止，与常规活性炭相比，交联的β-环糊精聚合物表面积低，吸附性能差。
发明内容
本发明的目的是一种β-环糊精复合物及其制备方法与在水处理中的应用。
本发明提供的制备β-环糊精复合物的方法，包括如下步骤：
在惰性气氛中，将β-环糊精、交联剂、碱性化合物于溶剂中进行第一次取代反应后，再加入氮化碳进行第二次取代反应，反应完毕得到所述β-环糊精复合物。
上述方法中，所述交联剂为五氟吡啶或四氟对苯二甲腈;
所述碱性化合物为K2CO3或KHCO3;
所述溶剂为四氢呋喃(THF)或由四氢呋喃与二甲基甲酰胺(DMF)组成的混合液;所述四氢呋喃与二甲基甲酰胺的体积比为7-9：1，具体可为8：1。
所述碱性化合物与β-环糊精的质量比为3-5：1;
所述β-环糊精与交联剂的重量比为2-3：1。
所述氮化碳与β-环糊精的重量比为1：1-3，具体可为1：2;
所述取代反应步骤中，温度均为60-120℃，具体可为85℃;
第一次取代反应的时间为48～72小时;
第二次取代反应的时间为12-48小时，具体可为24小时;
所述取代反应均在惰性气氛如氮气气氛中进行。
所述方法还包括如下步骤：在第二次取代反应步骤之前，先将氮化碳在NaOH的水溶液中进行活化反应。该活化反应能够活化氮化碳，产生羟基，有利于进一步的取代反应。
所述活化反应步骤中，氮化碳与NaOH的用量比为0.1g：0.048mol-0.72mol，具体可为0.1g：0.06mol;
温度为40-80℃，具体可为60℃;时间为12-48小时，具体可为24小时。
所述方法还包括如下步骤：
在所述第二次取代反应步骤之后，将反应体系冷却、过滤，除去残余的碱性化合物后，用洗涤溶剂洗涤所得固体，干燥而得。
其中，所述除去残余的碱性化合物可用盐酸洗涤的方法;所用盐酸的浓度具体可为1mol/L;
所述洗涤溶剂选自去离子水、四氢呋喃和二氯甲烷中的至少一种;三种溶剂以任意前后顺序洗涤均可;
所述干燥依次为真空冷冻干燥和室温干燥;其中，所述冷冻干燥步骤中，干燥温度可为77K;干燥时间具体可为5-15分钟，更具体可为10分钟;所述室温干燥步骤中，干燥时间具体可为2-3天。
另外，按照上述方法制备得到的β-环糊精复合物及该β-环糊精复合物在水处理或吸附有机污染物和重金属离子中至少一种中的应用，也属于本发明的保护范围。其中，所述有机污染物为双酚A或三氯苯酚;所述重金属离子为汞离子或铅离子。
本发明提供的多孔β-环糊精聚合物能快速包合各种有机微污染物和多种重金属离子，其吸附速率常数比活性炭和非多孔β-环糊精吸附剂材料大。当水中含有多种有机微污染物和重金属离子时，聚合物可以快速去除各种有机污染物和重金属离子，表明其用途范围广泛。此外，聚合物可在温和条件下再生数次，并且没有性能损失。