β-环糊精基复合材料在废水处理中的应用研究进展

环境污染作为工业化迅速兴盛的“副产品”，特别是水污染问题已经成为21世纪人类所面临的一项重大课题。未经处理的工业废水、农药废水、放射性废水及城市生活废水的肆意排放，都会对水资源构成严重威胁。为了水资源的修复，专家学者针对不同的污染物开展了科学研究工作。环糊精作为一种天然有机高分子原料，结合自身结构优势，在废水处理中将得到广泛研究。

1. 环糊精（CD)

CD是由D-吡喃型葡萄糖单元通过α-1,4-糖苷键连接而成的一类环状低聚糖。单元数目决定CD类型，常见聚合度有6、7和8它们分别对应α-、β-、γ-CD。研究人员发现，组成CD的葡萄糖单元空间构象均为椅式，由于在α-1,4-糖苷键上各糖基不能完成自由旋转，所以CD立体结构为锥状圆柱形。CD含有丰富的羟基，同时内腔具备疏水性，可以捕获有机和无机分子。其中，β-CD由于空腔内径适宜且经济在食药、环境修复等一些领域均有研究和应用。

2. 絮凝

絮凝理论体系逐渐形成于上世纪50～60年代。电中和、吸附架桥、卷扫网捕等絮凝机理目前已被研究人员广泛认可。电中和机制形成于双电层模型和DLVO理论。高分子絮凝剂与污水中的胶粒电荷异号时，对污染物胶粒起到强烈的电中和作用，并降低胶粒ζ电位的临界值，产生显著的絮凝作用。“架桥”指高分子絮凝剂中的长分子链通过氢键、离子键接触到胶体粒子时形成大量絮状聚合物，从而起到“桥梁连接”作用。环糊精自身分子量大、携带活性基团多，“架桥”作用明显，具有良好的絮凝效果。卷扫网捕是高分子絮凝剂的絮凝作用，通过对污水中胶粒的电中和、吸附“架桥”形成大尺寸的固体网状结构。絮凝剂对悬浮颗粒等污染物的絮凝机理十分复杂，对污染物的去除往往是多种机理协同作用的结果。

3. β-环糊精基复合材料在废水处理中的应用研究

(1)应用于印染废水的处理

印染废水是水污染的重要污染源之一。该类废水色度、COD值高，排放量大，组成繁杂，难降解。如果未经处理直接排放，将会给生态环境带来严重危害。Azra Ebadi等采用β-CD功能化介孔二氧化硅纳米颗粒，制备了一种用于去除亚甲基蓝的新型絮凝剂，其颗粒的直径为40-100nm。研究发现，吸附过程受Ph影响较大，当Ph=10.5时，去除率为95.5%达到最大值。Dan Cai等使用β-CD、琥珀酸酐、2,3-环氧丙基三甲基氯化铵、磁性纳米颗粒制备了一种新型多层复合材料。该材料对刚果红有较好的吸附性能其吸附量达389.1mg/g。

(2)应用于重金属废水的处理

重金属废水大多来自于采矿、电镀和造纸等工业生产中，如果未及时处理进入食物链会在人体内积累和吸收，对健康造成严重影响。龚伟等以戊二醛做交联剂，使用溶液聚合法，合成了β-CD/壳聚糖聚合物，并针对模拟废水中的pb[2]+进行吸附实验，探究了时间、pH、温度对吸附的影响。实验结果表明，吸附时间为140min、Ph=6.0,T=35℃时，该聚合物对pb[2]+的吸附量为219.4mg/g。Junyong He等以β-CD，四氟对苯二甲腈为原料，合成了高比表面积、多孔的β-CD聚合物。用于对Pb、Cu和Cd的去除，当初始浓度为200mg/L，温度为25℃时，对Pb、Cu和Cd的最大吸附量分别为196.42mg/g,164.43mg/g和136.43mg/g。多组分吸附对三种金属离子的去除效率顺序为Pb>Cu>Cd,5min内达到吸附平衡，吸附进程符合Freundlich等温线模型和准二级动力学吸附模型。

(3)应用于酚类废水的处理

酚类化合物作为典型的有机水污染物，其毒性大、需氧量高、可生化性差被认为是废水中的主要污染物。吸附法、膜技术法、高级氧化法、光催化降解法、溶剂萃取法、混合萃取法等是处理含酚废水的主要方法。邓文婷等以环氧氯丙烷作交联剂，通过反相乳液法合成了β-环糊精微球，制备出具有识别特性和较好疏水性的污水处理材料，用于吸附1,4-对二苯酚。研究吸附动力学表明，其符合一级动力学和二级动力学模型，在浓度范围内，β-环糊精微球对1,4-对二苯酚的吸附可以用Freundlick方程较好地描述。Tao Gong等将羧甲基β-环糊精聚合物固定在Fe3O4磁性纳米颗粒表面，采用一步共沉淀法制备了β-环糊精聚合物功能化磁性纳米颗粒，用于去除双酚A和间苯二酚。在25℃时，双酚A的最大吸附容量可达74.63mg/g，高于未改性的磁性材料。在相同条件下，对间二苯酚的最大吸收率达到114.91mg/g。

(4)应用于放射性元素废水的处理

放射性废水的处理越来越受到世界各国的重视，为了维护生态环境和人类健康，必须对放射性废水进行适当的处理。用于放射性废水处理的技术包括传统过滤、化学沉淀、离子交换、蒸发法、生物处理法、膜分离法等。毕雷等以SBS-KSP为引发剂，采用自由基聚合法制备了三元共聚物(CD-AN-MAH)，再进行肟化得到选择性较好的水凝胶吸附剂，用于吸附放射性元素U(Ⅵ)和Th(Ⅳ)。实验表明，吸附达平衡时，肟化改性后的材料对U(Ⅵ)的吸附有显著提高，但是对Th(Ⅳ)的吸附效果反而有所降低。Hongjuan Liu等以过硫酸铵-硫酸氢钠为引发剂，环氧氯丙烷为交联剂，制备了β-CD/膨润土复合材料，用于去除Cs+。研究Cs+和Cl-分别共存时，吸附最大量为46.19mg/g、48.90mg/g。当仅有Cs+时，最大吸附量达到48.83mg/g,60min即达吸附平衡。用盐酸解吸实验后的复合材料并重复使用五次，发现吸附量仅下降了2.87%。

4. 结束语

工业废水的净化是防治水污染的有效途径之一，通过对上述文献的总结可以发现，研究者采用环境友好的β-CD为原料，通过对其修饰改性合成了β-CD基复合材料，在各类废水处理中均有显著效果。新型β-CD基复合材料的开发仍在不断探索当中，优化制备方法，提高重复使用性，实现高效环保水处理技术造福生态环境。

摘要：本文介绍了环糊精的结构，同时对絮凝机理进行了简要说明，综述了β-环糊精基复合材料在各类工业废水处理中的应用。

关键词：环糊精,絮凝,废水处理,进展

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