应用于新疆盐碱水处理的环糊精基聚电解质“响应开关”的构建及其吸附解吸机制研究

The treatment of saline alkali land in Xinjiang mainly uses the way of "pressure salt" irrigation to remove the soluble salt from the soil layer, but this method needs to consume a lot of fresh water resources, and the saline alkali water can not be returned to the field. This project design method of inverse suspension polymerization for preparing ideal beta cyclodextrin polymer microspheres with controllable properties, response of cationic polymer brushes grafted poly [methyl acrylate (N, N- dimethylamino two) ethyl] (beta -CD-g-PDMAEMA) package, a thiol containing (-SH) anion brush copolymers, through the "closed" crosslinking to form two-isulfide bonds, to obtain a stable "cavity" complexes, adsorption saline water, through the environmental stimuli responsive to change the temperature, the PDMAEMA hydrogen bond breaking "shrinkage" and join reducing reagent "open" two disulfide bonds, the release of various ions are adsorbed to achieve desorption, put forward the new mode of treatment of saline water using polymer to study the response of switch The method of controlled preparation is applied, and the adsorption and desorption ability and kinetics and thermodynamics of polymer microsphere switch are studied by using quantum chemistry calculation and diffusion theory.

新疆盐碱地处理主要利用“压盐”灌水的方式将可溶性盐分从土层中带走，但此法需消耗大量淡水资源，盐碱水无法回田利用。本项目针对新疆盐碱水中可溶性离子粒径小、种类多，用一般的吸附材料很难同时分离的特点，设计利用反相悬浮聚合的方法制备性状可控的理想β-环糊精聚合物微球，接枝响应性阳离子聚合物刷聚[甲基丙烯酸(N,N-二甲氨基)乙酯]（β-CD-g-PDMAEMA），包裹含巯基（-SH）的刷形阴离子嵌段共聚物，通过“关闭”交联形成二硫键，获得稳定的“空腔”复合物，吸附盐碱水中的各种离子，通过环境刺激响应改变温度，使PDMAEMA氢键断裂“收缩”和加入还原试剂“打开”二硫键，释放出被吸附的各种离子实现解吸，提出利用聚合物“响应开关”处理盐碱水的新模式，研究其可控制备方法，并运用量子化学计算和扩散理论模拟，研究聚合物微球“开关”的吸附、解吸能力及动力学和热力学，建立数学模型。

盐碱水中存在大量的碱金属离子，其浓度高、半径较小，一般的吸附材料很难将其完全分离。本项目将多孔吸附材料分子筛/金属有机骨架 (MOFs) 和冠醚有机结合，通过接枝改性和聚合等方法设计了一系列功能型复合吸附材料，并研究材料吸附动力学、热力学和吸附机理。我们以无机多孔分子筛 (MS) 为基体材料，通过酰化反应将4-氨基苯并-15-冠-5-醚 (ACE) 锚定在丙烯酸球形聚电解质刷 (SPB) 上，构建了快速、高效的电荷效应和尺寸效应协同的吸附体系。SPB-ACE@MS-4A对Na(I)离子的最大吸附量为6.42 mmol /g，去除率达91.19%。同时我们以多孔材料金属有机骨架 (MOFs) 作为载体，通过水热法合成高水稳定性的金属有机框架MIL-121，锚定4-氨基苯并-15-冠-5-醚 (ACE)，该材料的吸附容量达0.86 mmol/g，对Na(I) 离子具有优先吸附能力， 7次吸附-解吸循环后，该吸附材料仍表现出较好的循环稳定性。最后我们利用简单的方法制备了光响应性吸附材料PSP-MIL-121，螺吡喃丙烯酸酯 (SP) 能通过紫外光和可见光的变换，实现吸附-解吸过程，在紫外光下对盐离子的吸附容量为1.12 mmol/g。该吸附材料具有吸附-解吸过程绿色无污染吸、吸附容量高等优点。. 由于新疆盐碱地的处理主要以漫灌洗盐为主，而形成的盐碱水无法回田利用。虽然大部分淡化盐碱水的方法已商业化，但成本高昂、能源消耗大、工业设施复杂，在发展中地区（尤其以新疆南疆为代表的偏远地区）仍然是不可行的。所以我们设计太阳能光热转换材料（STCM）实现水体的快速蒸发，将能量局域在界面区域加热少量的水，获得较高的光-蒸汽转换效率，从而实现水与可溶性盐类离子的分离。并受植物根系启发，通过对光热材料进行2D/3D的设计，通过无机盐结晶生长的路径作为构建输水通道的模板，制备仿植物根系的层级结构，利用毛细原理-构建仿根系多孔结构-以脱盐、光热转化为辅助手段-实现蒸腾作用。我们还通过设计室外蒸发装置，将光热蒸发材料搭载在装置中，材料与装置一体化的设计，大大降低了能源消耗，简化了盐碱水的处理方式，降低盐碱水的处理成本，从而能更好的推广应用于南疆农村偏远地区。

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