[發(fā)明專利]一種基于交聯度校正的環(huán)糊精聚合物吸附水體有機污染物的預測模型

有效

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• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112270106B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發(fā)明（設計）人: 蔡喜運;王茂林;李耿賢;夏春龍;景旭東;陳景文
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;C02F1/28;G06F113/26
• 代理公司: 大連理工大學專利中心 21200
• 代理人: 溫福雪;侯明遠

本發(fā)明屬于水體有機化合物修復技術領域，一種基于交聯度校正的環(huán)糊精聚合物吸附水體有機污染物的預測模型。本發(fā)明針CDP性質多樣，作用機制復雜，其對有機污染物的吸附效果難以預測，加之化合物結構和性質的差異，沒有一套有效的方法廣泛地適用于CDP修復效果的評估。開展了系列水體有機污染物修復實驗，通過交聯度對K_d的校正，利用SPSS軟件采用多元線性回歸的方法，構建了基于交聯度校正的環(huán)糊精聚合物吸附水體有機污染物的預測模型，證實了模型具有很好的預測能力，可有效預測不同性質的CDP對不同種類的有機污染物的去除效果，對CDP材料在水體有機污染修復中的應用具有指導意義。

技術領域

本發(fā)明屬于水體有機污染物環(huán)境修復技術領域，具體涉及一種基于交聯度校正的環(huán)糊精聚合物(CDP)對水體有機污染物吸附能力的預測模型。

背景技術

農藥化肥施用、工業(yè)廢水排放等造成的土壤面源污染往往會導致水體有機污染物濃度超標，給人類飲水安全帶來極大隱患。包含主體化合物的多孔聚合物材料被開發(fā)用來吸附水體有機污染物。CDP是環(huán)糊精單體(CD)經交聯劑的聚合或共聚反應形成的網絡狀大分子有機化合物，其具有較大的比表面積和介孔結構，且具有可再生特性、環(huán)境友好性及對有機化合物具有高效的選擇性吸附，在環(huán)境修復領域具有廣泛的應用。自1965年瑞士JürgSolms團隊利用CD與環(huán)氧氯丙烷(EPI)制備出環(huán)糊精基衍生物以來，多功能、不同結構的CDP聚合材料被開發(fā)用于水體有機化合物的修復。專利CN 110922508 A公開了一種利用剛性和非剛性交聯劑制備的新型環(huán)糊精聚合材料，能快速吸附水體中溶解性有機物污染物；專利CN 109021149 A公開了一種可快速富集類固醇和酚類雌激素內分泌干擾物的新型β-環(huán)糊精聚合物材料；專利CN 110841601 A利用亞烷二氧基橋聯雙二氟對苯二甲腈制備出一種新的β-環(huán)糊精二聚體，具有良好的疏水性和較高的穩(wěn)定性，能有效地脫除水中的有機污染物。

CDP聚合物是通過交聯聚合將不同的CD單體組合起來的非均質球體材料，其過程是一個放熱反應，使得CDP結構和性質難以控制。這種聚合網絡具有較硬的疏水內核和較松的親水表面，使得CDP在水中極易膨脹。在許多情況下，CDP的交聯程度是吸附性能的關鍵因素，影響材料的形狀、溶脹和化學成分。高交聯度有利于制備具有剛性珠狀材料，這類材料具有多種優(yōu)良性能，如球形規(guī)則、穩(wěn)定性好、易再生等。當交聯度過高時，聚合物結構的溶脹能力降低，吸附位點(如CD空腔和網絡孔)的數量和可利用性都會下降。盡管CDP材料結構多樣，但其剛性和靈活性都有一定的折中，這取決于交聯程度和其他性能(如CD單體含量和膨脹能力)，這種折中決定了聚合結構吸附位點的數量和可利用性。CDP含有CD和交聯劑二者獨自甚至更多衍生的特點，其與有機污染物的反應主要包括：CD單體包合及CD與CD之間的相互作用，聚合物網絡的協同效應、表面吸附、范德華力、疏水相互作用、氫鍵、靜電相互作用等，加之污染物結構和性質的差異，導致作用機理復雜難控，沒有一套有效的方法廣泛地適用于CDP吸附效果的評估。很多研究并未考慮CD與交聯度、CDP材料自身與污染物之間及污染物性質之間的相互關聯，納入了較多的符號，使得所建模型復雜難懂。2019年Ling等人發(fā)表了題為“QSARs to predict adsorption affinity of organic micropollutantsfor activated carbon andβ-cyclodextrin polymer adsorbents”的論文。其中介紹了利用QSARs模型(log₁₀K_d＝β₀+x₁β₁+x₂β₂+…+x_nβ_n)在非線性等溫線的線性范圍內預測一種βCDP對微污染物的吸附K_d值并用以解釋吸附過程中可能發(fā)生的反應機理。此選擇性工作流模型包含雙向逐步回歸和全可能回歸及彈性網(EN)正則化等計算，利用Dragon 7計算qpmax、Psi_e_A、SpMin5_Bh(s)、P_VSA_ppp_A、TDB06v、HATS6u、T(S..F)及F06[N-Cl]等17個描述符。這些描述符復雜難懂，且環(huán)境意義不明顯，其適用范圍較窄，不利于實際環(huán)境應用。本課題組2011年發(fā)表了題為“Adsorption mechanism-based screening of cyclodextrinpolymers for adsorption and separation of pesticides from water”的論文，研究了7中環(huán)糊精聚合物材料對10種農藥的吸附性能，利用多元線性回歸方程分析CDP性質與吸附容量之間的相關關系，得出CDP中CD含量、溶脹率及孔徑是影響吸附性能的主要因素，材料的表面積、孔容、有機污染物的摩爾質量、摩爾體積、氫受體數量、氫供體數量和包合常數等都對吸附性能有影響，但并未考慮材料的交聯度與其它性質之間的相互關聯，及有機污染自身性質之間的關聯。因此，本發(fā)明綜合考慮CDP吸附劑和有機污染物的理化性質及CDP與交聯劑之間的相互關系，利用交聯度對吸附分配系數K_d進行校正，通過校正，得到具有廣泛適用性的CDP材料與有機化合物K_d之間的吸附模型。