本技术揭示了一种柱芳烃基超分子聚合物膜的制备技术及其在染料分离领域的应用。该制备方法通过界面聚合实现,涉及将含有MeP5Bpy的CH2Cl2溶液与另一种单体在界面处聚合,形成超分子聚合物膜。该膜因其独特的结构和性能,在染料分离过程中展现出高效分离能力,具有重要的工业应用价值。
背景技术
在化学和工业领域,染料的分离一直是一项至关重要的任务。随着环保要求的日益严格和工业生产需求的不断增加,高效、环保的染料分离技术成为研究的热点。同时,膜分离技术因其高效性、选择性和低能耗等优点,成为现代分离技术的重要组成部分。膜分离技术在水处理、气体分离、食品加工和医药分离等多个领域得到了广泛应用。然而,如何进一步提高膜分离技术的效率和选择性,依然是科学家们面临的重大挑战。
柱[5]芳烃作为大环分子的典型代表,因其独特的结构特点而备受关注。柱[5]芳烃具有复杂的分子结构、灵活的空间构型和内部空腔等特性,这些特性使其在染料分离中表现出显著的优势。其内部空腔可以包合染料分子,通过形成稳定的复合物,增强分离过程的选择性和效率。此外,柱[5]芳烃的手性识别位点能够通过非共价相互作用(如氢键、π-π堆积和静电相互作用等)与染料分子进行特异性相互作用,从而实现高效的染料分离。
柱芳烃可以与特殊的客体分子交联形成多功能、多响应的纳米海绵聚合物用于染料和重金属离子(Fe3+
)的吸附。Guan等(Guan X W,Lin Q,Zhang Y M,et al.Soft Matter,2019,15(15):3241.)通过三脚架客体分子(TA)和萘二甲酰亚胺官能化的柱[5]芳烃主体(AP5)设计并构建多功能海绵状超分子聚合物凝胶(SHG),研究发现HG干凝胶还表现了对Fe3+
、甲基橙、亚甲基蓝和苏丹红I染料的高分离性能(染料吸附率可达99.8%)。张等(ZhangH,Wu J R,Wang X,et al.Dyes Pigments,2019,162:512.)首次通过一步溶剂热法成功地制备了孔径分布高度可控的柱[5]芳烃修饰的Fe3
O4
磁性纳米粒子(CP5-MNPs);研究发现平均直径为(446±57)nm的CP5-MNPs具有最佳的吸附效率,对亚甲基蓝和结晶紫的最大吸附率分别为98.6%和98.9%。Yuan等(Yuan B,Xu J F,Sun C L,et al.ACS Appl MaterInter)将大环主体分子—柱[6]芳烃组装到多层膜中来提高膜的机械强度,研究发现含有刚性结构的柱[6]芳烃的多层膜对适当大小的甲基紫晶衍生物具有良好的特异性和结合释放可逆性,可以预见这种多层膜在染料的富集和甲基紫精污染水的纯化领域中的未来应用。
将柱[5]芳烃引入到膜材料中,可以充分发挥其独特的结构优势,进一步提升膜材料的分离性能。通过这种方法,膜材料不仅继承了柱[5]芳烃的手性识别和包合作用,还显著提高了膜材料的机械强度和化学稳定性。这种新型柱[5]芳烃基膜材料在染料分离领域展现出广阔的应用前景。它不仅可以提高染料分离的效率和选择性,还能减少传统分离方法中对环境的污染,符合绿色化学和可持续发展的理念。
总之,染料分离和膜分离都是现代化学和工业中的重要课题。柱[5]芳烃作为一种具有独特结构特点的大环分子,在染料分离中表现出独特的优势。这种新型材料的开发,不仅推动了膜分离技术的发展,还为解决染料分离中的难题提供了有力支持,具有重要的研究价值和应用前景。随着研究的深入,柱[5]芳烃基膜材料必将在染料分离和其他分离技术领域发挥越来越重要的作用。
实现思路