聚合物基8-羥基喹啉復(fù)合膜的制備及其對有機(jī)染料的分離性能

聚合物基8-羥基喹啉復(fù)合膜憑借8-羥基喹啉的強(qiáng)螯合性、吸附性與聚合物的成膜性、穩(wěn)定性，在有機(jī)染料廢水處理領(lǐng)域具備潛在應(yīng)用價值，其制備多通過將它或其金屬配合物與聚合物基材結(jié)合實(shí)現(xiàn)，分離有機(jī)染料則依托吸附、螯合及膜的篩分作用，以下是詳細(xì)解析：

一、聚合物基8-羥基喹啉復(fù)合膜的制備方法

目前該類復(fù)合膜的制備方法以功能化改性為核心，通過不同工藝將8-羥基喹啉的功能單元固定在聚合物基體中，常見方式如下：

層層組裝法：該方法適用于制備超薄且結(jié)構(gòu)可控的復(fù)合膜，常搭配水滑石等輔助材料提升性能。先制備層間含特定陰離子的水滑石前體，將其加入甲酰胺溶劑中高速攪拌12-36小時，剝離后得到澄清的水滑石納米片膠體溶液。同時制備兩親性嵌段聚合物包裹雙（8-羥基喹啉）鋅配合物的膠束膠體溶液，所選聚合物可選用聚（叔-丙烯酸丁酯-co-丙烯酸乙酯-co-甲基丙烯酸）等。隨后將親水化處理后的基片交替浸泡在兩種膠體溶液中，每次浸泡10-20分鐘并清洗，重復(fù)循環(huán)2-200次即可。通過調(diào)節(jié)組裝次數(shù)，能將膜厚在20-9000nm之間精準(zhǔn)調(diào)控，且膜的發(fā)光及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好。

自由基共聚-配合法：該方法可制備高分子量的聚合物基8-羥基喹啉復(fù)合膜，適用于對膜強(qiáng)度要求較高的場景。第一步先合成含8-羥基喹啉配體的烯類單體，將官能化乙烯基化合物與改性8-羥基喹啉在40-150°C、催化劑與阻聚劑存在下反應(yīng)，經(jīng)水沉淀和石油醚重結(jié)晶提純；第二步把該單體與普通烯類單體溶于有機(jī)溶劑，加入引發(fā)劑在20-200°C下反應(yīng)1-20小時，甲醇重沉淀后得到含8-羥基喹啉配體的高聚物；第三步將含金屬離子的化合物與8-羥基喹啉室溫攪拌反應(yīng)1-30天，制得預(yù)留空位的8-羥基喹啉金屬配合物；最后將上述高聚物與金屬配合物溶于有機(jī)溶劑，20-100°C下反應(yīng)10-40小時，經(jīng)甲醇重沉淀獲得目標(biāo)復(fù)合膜材料，其分子量可達(dá)10萬-50萬，熱穩(wěn)定性較強(qiáng)。

聚合物基體固載法：此方法操作簡便，適合規(guī)模化制備，常用聚丙烯腈這類成膜性好的聚合物作為基材。通過特定化學(xué)改性手段，將8-羥基喹啉分子固定在聚丙烯腈中空纖維膜表面或內(nèi)部。該制備工藝耗時較短，且制成的復(fù)合膜能在較寬pH范圍內(nèi)使用，無需額外添加緩沖劑調(diào)控體系酸堿度，減少了制備過程中的污染問題，同時還可用于其他微量元素的富集分離。

二、對有機(jī)染料的分離性能

當(dāng)前該類復(fù)合膜針對有機(jī)染料的分離研究多圍繞螯合、吸附機(jī)制展開，對含特定基團(tuán)的染料分離效果顯著，具體性能表現(xiàn)如下：

分離機(jī)制與針對性效果

螯合-吸附協(xié)同分離：8-羥基喹啉作為優(yōu)良螯合劑，其分子中的羥基和喹啉環(huán)可與染料分子中的氨基、亞氨基等官能團(tuán)形成配位鍵，同時與染料中的金屬離子發(fā)生螯合反應(yīng)，例如在處理含金屬離子的絡(luò)合染料時，復(fù)合膜可通過螯合作用牢牢固定染料分子。另外，部分復(fù)合膜還能借助滲透萃取工藝分離硝基酚類染料相關(guān)物質(zhì)，展現(xiàn)出高選擇性和出色的滲透通量，為同類芳香族有機(jī)染料的分離提供了參考。

篩分與吸附結(jié)合分離：聚合物基體形成的膜孔結(jié)構(gòu)可發(fā)揮篩分作用，阻擋大分子染料通過，而8-羥基喹啉的吸附性能能進(jìn)一步截留小分子染料。如聚丙烯腈固載8-羥基喹啉的中空纖維膜，在海水稀土元素預(yù)濃縮中可高效分離基體成分，這種基體分離能力可遷移至染料廢水處理，能有效分離染料與水體中的小分子雜質(zhì)，也可對不同分子量的有機(jī)染料實(shí)現(xiàn)分級分離。

影響分離性能的關(guān)鍵因素

膜的結(jié)構(gòu)參數(shù)：采用層層組裝法時，組裝層數(shù)越多，膜厚越大，染料分子傳輸路徑越長，分離選擇性提升，但通量會下降；而膜的孔隙率過高會降低吸附與螯合位點(diǎn)密度，導(dǎo)致分離精度下降，需平衡膜厚與孔隙率。

料液工況條件：類似聚合物嵌入膜的分離規(guī)律，該復(fù)合膜對堿性染料的分離效果受料液pH影響較大。在偏堿性環(huán)境中，8-羥基喹啉的螯合活性增強(qiáng)，對亞甲基藍(lán)等堿性染料的去除率提高；酸性過強(qiáng)則會破壞配位鍵，降低分離效率。此外，染料初始濃度過高會使膜的吸附位點(diǎn)快速飽和，導(dǎo)致分離通量下降。

聚合物與8-羥基喹啉配比：8-羥基喹啉含量在1%-30%范圍內(nèi)時，含量越高，膜的螯合與吸附位點(diǎn)越多，分離效果越好；但超過30%后易出現(xiàn)分子聚集，反而降低膜的通透性和分離選擇性。同時，聚合物的種類也會影響分離效果，兩親性嵌段聚合物能提升8-羥基喹啉的分散性，相比普通聚合物基體，其制備的復(fù)合膜分離穩(wěn)定性更優(yōu)。

復(fù)用性與穩(wěn)定性：這類復(fù)合膜具備較好的復(fù)用潛力，例如聚丙烯腈基復(fù)合膜經(jīng)洗脫再生后，可重復(fù)用于物料富集分離；層層組裝制備的復(fù)合膜因結(jié)構(gòu)有序，多次使用后仍能保持穩(wěn)定的層狀結(jié)構(gòu)，不過長期在強(qiáng)酸堿染料廢水中使用時，需注意聚合物的降解問題，避免膜結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致分離性能衰減。

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