一种新型纳米级端羟基树状大分子对金属离子铅和铜的吸收

全球环境污染，特别是有害重金属污染已成为一个大问题。重金属密度高、毒性大，即使是在低浓度也成为重要的环境污染物。美国环境保护署（USEPA）编制了一份清单，其中最常见的重金属包括铅（Pb）、铬（Cr）、砷（As）、锌（Zn）、镉（Cd）、铜（Cu）、汞（Hg）、镍（Ni），这8种重金属都可在环境中找到。由于这些重金属的配位化学，它们还被归类为非必需（剧毒）微量元素而不包括在传统的重金属清单中。

锌是人体必需的微量元素，它对维持活体组织的生理功能和控制一些生化过程至关重要。但大量的锌可能会导致严重的健康问题，如胃痉挛、皮肤刺激、呕吐、恶心和贫血等。铜在动物代谢中有不可或缺的作用，而过量摄入铜会造成呕吐、抽筋、抽搐、甚至死亡。摄入的镍超过临界值，除了胃肠道窘迫、肺纤维化和皮疹外，还会引发灾难性的肺和肾脏问题，它被认为是一种致癌物。

汞是一种神经毒素，它会伤害人体的中枢神经系统，过量的汞会阻碍肺和肾功能。 Minamata Bay是众所周知的汞中毒案例。美国环境保护署已将镉列为潜在的致癌物，镉是一种对人体有害的金属，长期接触会导致肾损伤，过量接触可导致死亡。铅有可能对中枢神经系统造成伤害。肾、肝和生殖系统、基本的细胞过程、大脑功能都会受到铅的影响，包括贫血、失眠、头痛、头晕、易怒、肌肉无力、幻觉和肾损伤等。在水环境中，铬主要以Cr（III）和Cr（VI）两种状态存在。Cr（VI）比Cr（III）毒性大，它影响人体生理功能，在食物链中积累并引起各种健康问题，从轻微的皮肤刺激到肺癌。

重金属具有高毒性和致癌性，威胁人体健康、危害动植物，是目前最主要的环境污染源之一，对其有严格的法律制约。为了保护人体健康和环境，这些有害的重金属必须从废水中去除。化学沉淀、离子交换、吸附、膜过滤、电化学处理等是目前用于去除有害重金属离子的方法。但这些方法存在效率低、操作条件易受影响、能耗要求高、有毒物沉淀、成本效率低等缺点。

由于操作和设计灵活以及对毒性、生物可用性、对废水中重金属离子的转移都有相当大的影响，吸附法在众多技术中脱颖而出。吸附包括物理吸附和化学吸附（也称为活性吸附）两种类型。物理吸附是由于非特异性范德华力作用使吸附剂与被吸附物表面结合，而化学吸附是通过化学过程产生离子键或共价键。化学吸附比物理吸附具有更强的特异性和不可逆性，物理吸附具有可逆性但特异性较低。温度、pH值、搅拌时间和启动浓度都是影响吸附剂效果的因素。对重金属离子的吸附速率通常随着上述因素的增加而增加。此外，要成功去除污染物，应使用与目标重金属离子有强吸附作用的吸附剂。

利用树枝状大分子吸附重金属离子是个好方法。树枝状大分子具有3D分支结构，分支之间有许多可容纳其他分子的空穴。因此，主客体化学已成为树枝状化学的研究热点之一。树枝状大分子被称为是“21世纪的聚合物”。

长期以来，树枝状大分子一直是学术界关注和广泛研究的课题，但其实际应用仍有限。树枝状大分子溶解度高、反应性好、粘度低，端基多，适用于不同的领域。Diallo等首次报道了使用树枝状大分子从水中去除金属离子铜的研究结果。他们观察了Cu（II）是如何被具有EDA核心的PAMAM树枝状大分子在水溶液中所吸收的。Rether等利用N-苯甲酰硫脲改性的PAMAM从废水中选择性的回收Co2 、Cu2 、Hg2 、Ni2 、Pb2 、Zn2 等。

印度高等学习与研究科学技术研究所、Sardar Patel大学的Jigar V. Patel等采用发散法，以1, 3-双（4,6-二氯-1,3,5三嗪-2-基）硫脲为原料，合成了端羟基的基于三嗪的树枝状大分子，并将其作为新型吸附剂从水中去除铅和铜离子。

研究发现，G3树枝状大分子（G 3.0-OH128）的吸附能力最强。树枝状大分子的吸附量与溶液pH、接触时间、代数有关。FTIR测试表明，树枝状大分子末端基参与了对铅和铜离子的化学吸附。解吸附试验表明，所制备的树枝状大分子可在几个循环中重复使用，但性能略有下降。

图. 端羟基三嗪树枝状大分子的合成

文献来源：Vidhi Patel , Princy Patel, Pravinkumar M. Patel , Jigar V. Patel*. Lead and copper metal ion uptake by a novel nanoscale hydroxy-terminated dendritic macromolecules. Journal of the Indian Chemical Society 2022, 99, 100717.