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摘要：本文介紹了環糊精的結構，同時對絮凝機理進行了簡要說明，綜述了β-環糊精基復合材料在各類工業廢水處理中的應用。
關鍵詞：環糊精；絮凝；廢水處理；進展
環境污染作為工業化迅速興盛的“副產品”，特別是水污染問題已經成為21世紀人類所面臨的一項重大課題。未經處理的工業廢水、農藥廢水、放射性廢水及城市生活廢水的肆意排放，都會對水資源構成嚴重威脅。為了水資源的修復，專家學者針對不同的污染物開展了科學研究工作。環糊精作為一種天然有機高分子原料，結合自身結構優勢，在廢水處理中將得到廣泛研究。
1.環糊精（CD）
CD是由D-吡喃型葡萄糖單元通過α-1,4-糖苷鍵連接而成的一類環狀低聚糖。單元數目決定CD類型，常見聚合度有6、7和8它們分別對應α-、β-、γ-CD。研究人員發現，組成CD的葡萄糖單元空間構象均為椅式，由于在α-1,4-糖苷鍵上各糖基不能完成自由旋轉，所以CD立體結構為錐狀圓柱形。CD含有豐富的羥基，同時內腔具備疏水性，可以捕獲有機和無機分子。其中，β-CD由于空腔內徑適宜且經濟在食藥、環境修復等一些領域均有研究和應用。
2.絮凝
絮凝理論體系逐漸形成于上世紀50～60年代。電中和、吸附架橋、卷掃網捕等絮凝機理目前已被研究人員廣泛認可。電中和機制形成于雙電層模型和DLVO理論。高分子絮凝劑與污水中的膠粒電荷異號時，對污染物膠粒起到強烈的電中和作用，并降低膠粒ζ電位的臨界值，產生顯著的絮凝作用。“架橋”指高分子絮凝劑中的長分子鏈通過氫鍵、離子鍵接觸到膠體粒子時形成大量絮狀聚合物，從而起到“橋梁連接”作用。環糊精自身分子量大、攜帶活性基團多，“架橋”作用明顯，具有良好的絮凝效果。卷掃網捕是高分子絮凝劑的絮凝作用，通過對污水中膠粒的電中和、吸附“架橋”形成大尺寸的固體網狀結構。絮凝劑對懸浮顆粒等污染物的絮凝機理十分復雜，對污染物的去除往往是多種機理協同作用的結果。
3.β-環糊精基復合材料在廢水處理中的應用研究
(1)應用于印染廢水的處理
印染廢水是水污染的重要污染源之一。該類廢水色度、COD值高，排放量大，組成繁雜，難降解。如果未經處理直接排放，將會給生態環境帶來嚴重危害。AzraEbadi等采用β-CD功能化介孔二氧化硅納米顆粒，制備了一種用于去除亞甲基藍的新型絮凝劑，其顆粒的直徑為40-100nm。研究發現，吸附過程受Ph影響較大，當Ph=10.5時，去除率為95.5%達到最大值。DanCai等使用β-CD、琥珀酸酐、2,3-環氧丙基三甲基氯化銨、磁性納米顆粒制備了一種新型多層復合材料。該材料對剛果紅有較好的吸附性能其吸附量達389.1mg/g。
(2)應用于重金屬廢水的處理
重金屬廢水大多來自于采礦、電鍍和造紙等工業生產中，如果未及時處理進入食物鏈會在人體內積累和吸收，對健康造成嚴重影響。龔偉等以戊二醛做交聯劑，使用溶液聚合法，合成了β-CD/殼聚糖聚合物，并針對模擬廢水中的pb2+進行吸附實驗，探究了時間、pH、溫度對吸附的影響。實驗結果表明，吸附時間為140min、Ph=6.0，T=35℃時，該聚合物對pb2+的吸附量為219.4mg/g。JunyongHe等以β-CD，四氟對苯二甲腈為原料，合成了高比表面積、多孔的β-CD聚合物。用于對Pb、Cu和Cd的去除，當初始濃度為200mg/L，溫度為25℃時，對Pb、Cu和Cd的最大吸附量分別為196.42mg/g，164.43mg/g和136.43mg/g。多組分吸附對三種金屬離子的去除效率順序為Pb＞Cu＞Cd，5min內達到吸附平衡，吸附進程符合Freundlich等溫線模型和準二級動力學吸附模型。
(3)應用于酚類廢水的處理
酚類化合物作為典型的有機水污染物，其毒性大、需氧量高、可生化性差被認為是廢水中的主要污染物。吸附法、膜技術法、高級氧化法、光催化降解法、溶劑萃取法、混合萃取法等是處理含酚廢水的主要方法。鄧文婷等以環氧氯丙烷作交聯劑，通過反相乳液法合成了β-環糊精微球，制備出具有識別特性和較好疏水性的污水處理材料，用于吸附1,4-對二苯酚。研究吸附動力學表明，其符合一級動力學和二級動力學模型，在濃度范圍內，β-環糊精微球對1,4-對二苯酚的吸附可以用Freundlick方程較好地描述。TaoGong等將羧甲基β-環糊精聚合物固定在Fe3O4磁性納米顆粒表面，采用一步共沉淀法制備了β-環糊精聚合物功能化磁性納米顆粒，用于去除雙酚A和間苯二酚。在25℃時，雙酚A的最大吸附容量可達74.63mg/g，高于未改性的磁性材料。在相同條件下，對間二苯酚的最大吸收率達到114.91mg/g。
(4)應用于放射性元素廢水的處理
放射性廢水的處理越來越受到世界各國的重視，為了維護生態環境和人類健康，必須對放射性廢水進行適當的處理。用于放射性廢水處理的技術包括傳統過濾、化學沉淀、離子交換、蒸發法、生物處理法、膜分離法等。畢雷等以SBS-KSP為引發劑，采用自由基聚合法制備了三元共聚物（CD-AN-MAH），再進行肟化得到選擇性較好的水凝膠吸附劑，用于吸附放射性元素U（Ⅵ）和Th（Ⅳ）。實驗表明，吸附達平衡時，肟化改性后的材料對U（Ⅵ）的吸附有顯著提高，但是對Th（Ⅳ）的吸附效果反而有所降低。HongjuanLiu等以過硫酸銨-硫酸氫鈉為引發劑，環氧氯丙烷為交聯劑，制備了β-CD/膨潤土復合材料，用于去除Cs+。研究Cs+和Cl-分別共存時，吸附最大量為46.19mg/g、48.90mg/g。當僅有Cs+時，最大吸附量達到48.83mg/g，60min即達吸附平衡。用鹽酸解吸實驗后的復合材料并重復使用五次，發現吸附量僅下降了2.87%。
4.結束語
工業廢水的凈化是防治水污染的有效途徑之一，通過對上述文獻的總結可以發現，研究者采用環境友好的β-CD為原料，通過對其修飾改性合成了β-CD基復合材料，在各類廢水處理中均有顯著效果。新型β-CD基復合材料的開發仍在不斷探索當中，優化制備方法，提高重復使用性，實現高效環保水處理技術造福生態環境。
作者:王作棟 蘇瓊 王彥斌 任敏 賀豐洋 孫希陽 單位:西北民族大學化工學院 甘肅省高校環境友好復合材料及生物質利用省級重點實驗室