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铬元素是一种生物毒性强且容易在环境中迁移的重金属元素,三价铬Cr(Ⅲ)和六价铬Cr(Ⅵ)是两种主要的氧化态。其丰富的氧化还原性质以及过渡金属性质被广泛应用于电镀、金属加工、皮革鞣制等化工行业以及乏燃料后处理中铀(U)/钚(Pu)的价态调控。铬酸根阴离子(CrO42-)、铬酸氢根阴离子(HCrO4-)以及重铬酸根阴离子(Cr2072-)是六价铬在水相中的主要存在形态,这类含氧阴离子具有生物毒性高、致癌性强和在水环境中的易迁移等特点。因此,含铬工业废水的处理是一个非常必要且亟待解决的环境问题。可用于处理含铬工业废水的传统材料十分有限,且存在去除效果欠佳、选择性差以及二次环境污染等问题。因此,本文提出一种高效新颖的去除含铬工业废水的方法。通过醛基与盐酸氨基胍的亚胺缩合,可轻松制备胍基阳离子配体。这类胍基阳离子配体(BBIG2+、TBIG3+)可通过静电吸引以及多重氢键作用从水溶液中选择性结晶分离铬酸根(CrO42-),展现出极高的去除率(>99%),较快的动力学以及可循环利用性,使得这种材料有望应用于实际含铬工业废水的处理。本研究对这些材料进行了 X射线粉末衍射(PXRD)、红外(FT-IR)、核磁共振光谱(NMR)的基础表征。通过X射线单晶衍射技术,获得化合物的单晶结构,并结合密度泛函理论计算(DFT)解释其结合机制。同时利用电感耦合等离子体发射光谱仪评价了材料对铬酸根的分离去除能力。具体研究结果如下:(1)首先将对苯二甲醛和氨基盐酸狐通过席夫碱反应合成二齿胍基阳离子配体BBIG-Cl。核磁、红外等分析数据表明配体成功合成。通过溶剂缓慢挥发得到BBIG-CrO4的合适晶体,单晶结构解析表明胍基阳离子配体呈ABAB模式反向堆积,2个铬酸根和4个水分子形成一个(CrO42-)2(H2O)4水合簇,这个团簇与配体通过静电作用和多重氢键作用结合在一起。团簇里的铬酸根通过8根氢键与4个水桥接,每个水合簇被20根氢键包封,其中包括14个NH…O(CrO42-)和6个NH-O(H2O)。DFT计算结果表明,整个水合簇与周围胍基配体的结合能为-153.93 kcal/mol。BBIG2+分子的整个电子密度表面具有正值静电势(ESP),因为它形式上有两个正电荷,铬酸根离子在其电子密度表面有较大的负值ESP,因此密集电荷辅助的氢键(HBs)网络在晶格里稳定住了(CrO42-)2(H2O)4水合簇。铬酸根阴离子的去除实验表明,二齿胍基配体具有较高的去除率且在30s内达到沉淀平衡,当二齿胍基配体与铬酸根阴离子摩尔当量之比为5时去除率达到98.7%。且在pH3-10的范围内都表现出较好的去除效果。最后,通过循环实验证实了该配体的可重复利用性。(2)在上述研究结果的基础上,通过设计合成三齿胍基阳离子配体,该配体展现出比二齿配体更加优越的去除效果,在摩尔当量比为1:1时即可达到97%的去除率,当硝酸根过量100倍时仍能够从水溶液中去除74.6%的铬酸根。通过溶剂缓慢蒸发结晶,同样得到了 TBIG-CrO4的单晶结构。平面刚性配体TBIG-Cl在晶体结构中通过π-π相互作用呈ABBA反平行堆积模式,铬酸根阴离子通过结晶水与胍基配体桥接,其中包括45个来自胍基基团的NH…O(CrO42-)和2个OH…O(H2O)来自水分子所形成的氢键。在相同当量下,TBIG3+相较于BBIG2+具有更高电荷密度以及更多的氢键供体基团,因此具备更加优越的去除效果。