合成聚酰胺一胺在水處理中的應(yīng)用分析

　　 聚酰胺一胺(PAMAM)樹(shù)狀大分子由一系列的支化單元組成，具有高度三維架構(gòu)、較大分子空腔、密集表面官能團(tuán).，是化學(xué)分析配伍性能良好的高分子聚合物。雖然PAMAM樹(shù)狀大分子發(fā)展時(shí)間較短，但由于其大小、結(jié)構(gòu)、形狀和末端功能團(tuán)均可在分子水平上進(jìn)行設(shè)計(jì)、控制，得到具有不同用途的樹(shù)枝狀化合物，因此在催化劑、液晶材料、光學(xué)材料、生物醫(yī)學(xué)以及環(huán)保等方面有著廣泛的應(yīng)用。本文綜述了聚酰胺一胺樹(shù)狀大分子的合成工藝及在工業(yè)水處理中的研究進(jìn)展。

　　1、PAMAM樹(shù)狀大分子的合成工藝

　　目前，PAMAM樹(shù)狀大分子的合成方法主要有兩種：發(fā)散合成法(Divergent syllt}lesis)和收斂合成法(Convergent synthesis)。兩種方法均基于一系列反應(yīng)(通常是兩步反應(yīng))的重復(fù)，都需要精確控制分子鏈在空間的生長(zhǎng)。

　　1．1發(fā)散合成法

　　發(fā)散合成法是由中心核(反應(yīng)點(diǎn))逐步向外與帶有分支結(jié)構(gòu)的單元反應(yīng)，合成第一代分子。第一代分子末端的官能團(tuán)活化，繼續(xù)與分支單元進(jìn)行反應(yīng)則得到第二代分子。不斷重復(fù)以上的兩個(gè)步驟，理論上就可得到任意高代數(shù)的樹(shù)枝狀大分子。發(fā)散法具有工藝簡(jiǎn)單直觀、分子質(zhì)量增長(zhǎng)迅速的優(yōu)點(diǎn)，在合成樹(shù)枝狀大分子時(shí)應(yīng)用最多。1985年Tomalia等在實(shí)驗(yàn)室用發(fā)散法對(duì)胺(如乙二胺)與丙烯酸甲酯進(jìn)行“Mcikael加成一酰胺化縮合”反應(yīng)合成制備出的PAMAM樹(shù)狀大分子。我國(guó)對(duì)于樹(shù)枝狀聚合物的研究相對(duì)較晚，從上世紀(jì)90年代中期開(kāi)始，王俊等采用發(fā)散法，合成了以乙二胺為核的1 10代的PAMAM樹(shù)狀分子，并對(duì)投料摩爾比、反應(yīng)溫度和反應(yīng)時(shí)間等影響產(chǎn)率的因素進(jìn)行了分析，為后續(xù)合成研究奠定了基礎(chǔ)。發(fā)散合成法雖然是最成熟的合成方法，但在實(shí)際應(yīng)用中存在著一定的弊端，當(dāng)反應(yīng)進(jìn)行到較高代數(shù)以后，隨著官能團(tuán)成倍數(shù)增長(zhǎng)，分支單元容易受空間位阻的影響，造成樹(shù)枝狀大分子結(jié)構(gòu)缺陷，分子質(zhì)量的單分散性下降。另外，為了使反應(yīng)進(jìn)行完全，在合成過(guò)程中使用了過(guò)量的原料，導(dǎo)致部分原料會(huì)殘留在分子空腔內(nèi)，使產(chǎn)品的分離和提純困難，產(chǎn)率下降。

　　1．2收斂合成法

　　鑒于發(fā)散合成法存在的缺陷，科學(xué)家們致力于開(kāi)發(fā)一種新的方法以解決其存在的問(wèn)題，直到Hawker和Fr 6 chet在制備聚芳醚結(jié)構(gòu)的樹(shù)枝狀大分子時(shí)提出收斂合成法。該反應(yīng)機(jī)理是由外圍帶有分支結(jié)構(gòu)的官能團(tuán)(反應(yīng)點(diǎn))開(kāi)始，不斷與其它帶有活性的官能團(tuán)分支單體縮合，逐步向內(nèi)合成扇形支化單元直到最后與中心核接枝，就可得到樹(shù)枝狀大分子。王冰冰等Ⅲ啥成出具有32個(gè)端基的扇形PAMAM樹(shù)狀分子，它是由兩個(gè)16個(gè)端基的扇形大分支組成，對(duì)產(chǎn)物進(jìn)行表征，發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)規(guī)整，分散度單一，不存在缺陷，符合目標(biāo)產(chǎn)物。

　　收斂合成法能準(zhǔn)確靈活地控制官能團(tuán)的安裝，確保了產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)的完整性，而且目標(biāo)產(chǎn)物與合成體系中其他成分的結(jié)構(gòu)、性能差別較大，在提純和表征方面優(yōu)于發(fā)散法。但是由于反應(yīng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，分子量增長(zhǎng)過(guò)慢，隨著繁衍代數(shù)的增加樹(shù)突的尺寸變大，分支官能團(tuán)體積也呈指數(shù)增漲，造成結(jié)構(gòu)空間障礙增大，反應(yīng)難以繼續(xù)進(jìn)行。因此，很少有高代數(shù)的PAMAM樹(shù)狀大分子是通過(guò)收斂法合成的。

　　2、PAMAM樹(shù)狀大分子在工業(yè)水處理的應(yīng)用

　　工業(yè)污水中常常含有大量重金屬離子、無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)物質(zhì)，它們?cè)谝欢l件(如蒸發(fā)，濃縮等)下極易結(jié)合形成污垢，而這些污垢具有累積性和非生物降解性，易沉積于水處理系統(tǒng)中，有些沉積物還具有毒性，對(duì)自然環(huán)境和人們健康造成危害。目前使用的水處理劑大多含有膦?；⒒撬峄?，使用時(shí)不僅用量大而且會(huì)對(duì)水質(zhì)造成二次污染，不能滿足工業(yè)水處理的需要。因此，合成一種高效無(wú)毒的水處理劑是解決此問(wèn)題的關(guān)鍵。

　　PAMAM樹(shù)狀大分子由于表面官能團(tuán)密度較高，在水處理過(guò)程中，能提供大量的伯胺和仲胺，在酸性條件下胺基容易質(zhì)子化形成一NH：和一NH：，與帶負(fù)電荷的污染物化合生成鹽，使部分懸浮物和有機(jī)物沉淀；另外，PAMAM樹(shù)狀大分子內(nèi)部存在著大量空腔，在一些次價(jià)鍵力(如氫鍵、靜電力)的作用下，會(huì)自動(dòng)尋找污染物表面上的空隙，并通過(guò)分子鏈的折疊或伸展，產(chǎn)生一定形變插入到空隙中去，使污染物在水溶液的聚集程度增加，絮凝加速。因此，PAMAM樹(shù)狀大分子對(duì)重金屬、有機(jī)物，染料等有很好的吸附、絮凝、螯合、脫色作用，而且在實(shí)際操作中具有無(wú)毒害、無(wú)污染、用量少、效率高及操作方便等優(yōu)勢(shì)，已成為工業(yè)水處理研究的熱點(diǎn)，有著良好應(yīng)用前景。