合成聚酰胺一胺在水处理中的应用分析

 

　　 聚酰胺一胺(PAMAM)树状大分子由一系列的支化单元组成，具有高度三维架构、较大分子空腔、密集表面官能团.，是化学分析配伍性能良好的高分子聚合物。虽然PAMAM树状大分子发展时间较短，但由于其大小、结构、形状和末端功能团均可在分子水平上进行设计、控制，得到具有不同用途的树枝状化合物，因此在催化剂、液晶材料、光学材料、生物医学以及环保等方面有着广泛的应用。本文综述了聚酰胺一胺树状大分子的合成工艺及在工业水处理中的研究进展。

　　1、PAMAM树状大分子的合成工艺

　　目前，PAMAM树状大分子的合成方法主要有两种：发散合成法(Divergent syllt}lesis)和收敛合成法(Convergent synthesis)。两种方法均基于一系列反应(通常是两步反应)的重复，都需要精确控制分子链在空间的生长。

　　1．1发散合成法

　　发散合成法是由中心核(反应点)逐步向外与带有分支结构的单元反应，合成第一代分子。第一代分子末端的官能团活化，继续与分支单元进行反应则得到第二代分子。不断重复以上的两个步骤，理论上就可得到任意高代数的树枝状大分子。发散法具有工艺简单直观、分子质量增长迅速的优点，在合成树枝状大分子时应用最多。1985年Tomalia等在实验室用发散法对胺(如乙二胺)与丙烯酸甲酯进行“Mcikael加成一酰胺化缩合”反应合成制备出的PAMAM树状大分子。我国对于树枝状聚合物的研究相对较晚，从上世纪90年代中期开始，王俊等采用发散法，合成了以乙二胺为核的1 10代的PAMAM树状分子，并对投料摩尔比、反应温度和反应时间等影响产率的因素进行了分析，为后续合成研究奠定了基础。发散合成法虽然是最成熟的合成方法，但在实际应用中存在着一定的弊端，当反应进行到较高代数以后，随着官能团成倍数增长，分支单元容易受空间位阻的影响，造成树枝状大分子结构缺陷，分子质量的单分散性下降。另外，为了使反应进行完全，在合成过程中使用了过量的原料，导致部分原料会残留在分子空腔内，使产品的分离和提纯困难，产率下降。

　　1．2收敛合成法

　　鉴于发散合成法存在的缺陷，科学家们致力于开发一种新的方法以解决其存在的问题，直到Hawker和Fr 6 chet在制备聚芳醚结构的树枝状大分子时提出收敛合成法。该反应机理是由外围带有分支结构的官能团(反应点)开始，不断与其它带有活性的官能团分支单体缩合，逐步向内合成扇形支化单元直到最后与中心核接枝，就可得到树枝状大分子。王冰冰等Ⅲ啥成出具有32个端基的扇形PAMAM树状分子，它是由两个16个端基的扇形大分支组成，对产物进行表征，发现其结构规整，分散度单一，不存在缺陷，符合目标产物。

　　收敛合成法能准确灵活地控制官能团的安装，确保了产物分子结构的完整性，而且目标产物与合成体系中其他成分的结构、性能差别较大，在提纯和表征方面优于发散法。但是由于反应时间过长，分子量增长过慢，随着繁衍代数的增加树突的尺寸变大，分支官能团体积也呈指数增涨，造成结构空间障碍增大，反应难以继续进行。因此，很少有高代数的PAMAM树状大分子是通过收敛法合成的。

　　2、PAMAM树状大分子在工业水处理的应用

　　工业污水中常常含有大量重金属离子、无机盐和有机物质，它们在一定条件(如蒸发，浓缩等)下极易结合形成污垢，而这些污垢具有累积性和非生物降解性，易沉积于水处理系统中，有些沉积物还具有毒性，对自然环境和人们健康造成危害。目前使用的水处理剂大多含有膦酰基、磺酸基，使用时不仅用量大而且会对水质造成二次污染，不能满足工业水处理的需要。因此，合成一种高效无毒的水处理剂是解决此问题的关键。

　　PAMAM树状大分子由于表面官能团密度较高，在水处理过程中，能提供大量的伯胺和仲胺，在酸性条件下胺基容易质子化形成一NH：和一NH：，与带负电荷的污染物化合生成盐，使部分悬浮物和有机物沉淀；另外，PAMAM树状大分子内部存在着大量空腔，在一些次价键力(如氢键、静电力)的作用下，会自动寻找污染物表面上的空隙，并通过分子链的折叠或伸展，产生一定形变插入到空隙中去，使污染物在水溶液的聚集程度增加，絮凝加速。因此，PAMAM树状大分子对重金属、有机物，染料等有很好的吸附、絮凝、螯合、脱色作用，而且在实际操作中具有无毒害、无污染、用量少、效率高及操作方便等优势，已成为工业水处理研究的热点，有着良好应用前景。

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