有机分子根植功能纤维的构建调控及其对水中有机污染物的识别机制研究

Recently, the recognition, adsorption and removal of organic contaminants in water has received an universal attention. In this project, by chemical grafting some organic functional groups and auxiliary groups, an organic molecule functionalized fiber will be designed and synthesized. The surface of the functionalized fiber will be multilayer three-dimensional modified and a special flexible microenvironments with different organic molecules and polymer segments will be formed. Because of the metal coordination, hydrogen bonding, electrostatic attraction, acid-base interaction, π-π stacking, intermolecular force and other non-covalent bond force between the grafted organic molecule and the target molecule, the functionalized fiber could selectively enrich and remove the special organic contaminants and could been reused. To regulate the electronic property, spatial property and polarity of the microenvironments in fiber, the molecular property, spatial structure of the grafted functional molecules and the acid-base property and polarity of the auxiliary groups will be tuned. In this study, the adsorption property and removal capability to organic contaminant molecule and their kinetics will been investigated in detail. The molecule interaction and the colorimetric behavior of the functional fiber for organic contaminants will been systemically studied. The synergistic mechanism of flexible micro-environments with the rooted organic molecule will be explored and its multiple recognition mechanism for organic contaminant molecule will be revealed. Finally, realize the controllable synthesis of the functional fiber.

水体中有机污染物分子的识别、吸附及去除近年来受到人们的普遍关注。本课题提出将具有特定功能的官能团、有机功能分子以及辅助基团通过化学修饰的方法根植到纤维表层聚合物链段上，构建适合有机污染物分子进入的特定柔性微环境，设计合成有机分子根植的功能纤维，通过对纤维表层微环境的调控，实现对水中有机污染物分子的选择性识别、富集及去除，及纤维的循环利用。制备金属有机物负载的功能纤维，利用金属有机物的催化功能及纤维的选择性，实现对有机污染物的降解；通过改变纤维表面功能分子的特性、空间结构，以及辅助基团的酸碱性、极性及亲脂等特性，调控纤维表层微环境的电子特性、空间特性、极性；考察功能化纤维对有机污染物分子的吸附、去除性能及其动力学，对功能纤维与有机污染物分子的识别作用及吸附性能进行系统研究，探索纤维特定柔性微环境与根植分子的协同作用机制，揭示功能纤维对目标分子的多重识别机理,实现功能纤维的可控设计合成。

近年来随着我国工业化水平的不断提高，越来越多的有机污染物被排放到了自然水体中，这些有机物大多性质稳定、容易在生物体内积蓄，并在食物链中逐渐富集。它们毒性大、危害性强，有的还具有致癌、致畸、致突变等作用，严重威胁生态环境安全及人类健康。因此，水体中难降解有机污染物分子的识别、吸附及去除近年来受到人们的普遍关注。.本课题提出将具有特定功能的官能团、有机功能分子以及辅助基团通过化学修饰的方法根植到纤维表层聚合物链段上，构建适合有机污染物分子进入的特定柔性微环境，设计合成有机分子根植的功能纤维；通过对纤维表层微环境的调控，实现对水中有机污染物分子的选择性识别、富集、去除及转化降解。.经过四年的研究成功将胺类、碳酰肼、季铵碱等碱性功能分子，羧酸、磷酸、苯磺硼酸等酸性功能分子通过化学修饰引入到纤维表面，设计合成酸、碱基团根植的功能化纤维；将含有季铵类、酚氧负离子、磷酸基类等带电荷的功能分子通过化学修饰引入到纤维表面，设计合成带电荷的有机分子根植的功能化纤维；将含氮、氧、硫等杂环功能分子通过化学修饰引入到纤维表面，设计合成杂环有机分子根植的功能化纤维；将金属离子、金属纳米颗粒负载到纤维表面，制备金属负载的功能纤维。利用酸碱相互作用、静电作用、π -π 堆叠作用、氢键作用、亲脂作用以及金属的催化作用，同时通过辅助基团调控纤维表面的酸碱性、极性、柔软性及亲脂特性等，形成易于目标分子进入的纤维表面的特定微环境，与功能分子协同作用，实现对具有特定结构的目标分子的多重识别及去除。.本项目成功地设计合成有机分子根植的功能化纤维，实现对水体中有机污染物的选择性识别、高效去除及转化降解，并实现功能纤维的多次重复使用；建立微环境表征方法，探索纤维特定微环境与功能分子的协同作用机制，揭示功能纤维对目标分子的多重识别机理，实现功能纤维的可控合成。

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