配位化學(xué)：配合物纖維

1、配合物纖維 前言 近年來發(fā)現(xiàn)多種紡織纖維及其改性物均能與金屬離子發(fā)生配位反應(yīng)，并使其產(chǎn)生了新特性，這種配合物纖維為產(chǎn)業(yè)用紡織品方面的進(jìn)一步應(yīng)用提供了新途徑。 其在工業(yè)廢水中金屬離子的富集、分離，海水中貴重金屬離子的提取及高分子金屬催化劑的制備等方面都具有良好的應(yīng)用前景， 這對于環(huán)境保護(hù)和新型功能材料的制備具有非常重要的意義。目錄配合物纖維概述1配合物纖維的種類2配合物纖維的應(yīng)用3發(fā)展現(xiàn)狀及前景401配合物纖維概述 概念 配合物纖維是纖維及其改性物與金屬離子通過配位反應(yīng)對纖維進(jìn)行改性，賦予纖維新特性的一種配合物，屬于有機(jī)高分子配合物的一個(gè)分支。 特性配合物纖維具有有機(jī)高分子配合物的一般特性。第一

2、,人們可以通過對高分鏈的精密設(shè)計(jì),利用高分子鏈在金屬離子附近所形成的微疇場作用,形成金屬配合物。而遠(yuǎn)離金屬離子的高分子鏈,可通過電荷轉(zhuǎn)移、氫鍵和靜電相互作用等形成各種高分子場作用,以實(shí)現(xiàn)控制高分子金屬配合物的結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性,電子狀態(tài)和氧化還原性質(zhì)。第二,高分子金屬配合物具有高分子結(jié)構(gòu)骨架,易干加工為各種形狀,易于成膜以增大其表面,大大提高了它們作為新材料的實(shí)用性。02配合物纖維的種類 配合物與螯合物螯合物是配合物的一種，由中心離子和多齒配體結(jié)合而成的具有環(huán)狀結(jié)構(gòu)的配合物，通常比一般配合物要穩(wěn)定。螯合纖維是配合物纖維中較為重要以及廣泛的一種，纖維與金屬離子配位反應(yīng)通常以螯合物形式出現(xiàn)。 螯合纖維的

3、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)：螯合纖維(Chelating Fiber , CHF)是一類多配位型聚合物，其功能基中存在著具有未成鍵孤對電子的N、O、S、P 等原子，這些原子能以一對孤對電子與金屬形成配位鍵，構(gòu)成與小分子螯合纖維物相類似的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。特點(diǎn)：比表面大,約為球形樹脂的100倍,甚至比大孔樹脂的比表面積還要大5-6倍。螯合纖維的直徑比球形樹脂平均直徑要小1-2個(gè)數(shù)量級。其特殊的物理形態(tài)使其與吸附質(zhì)有較大的接觸面積,對流體阻力很小,擴(kuò)散通道短,交換基團(tuán)能充分反應(yīng)。 螯合纖維分類合成方法1234 螯合纖維分類螯合基團(tuán)胺肟型螯合纖維含硫螯合纖維含磷螯合纖維氨基螯合纖維 胺肟型螯合纖維1 胺肟型螯合纖維是指功

4、能基團(tuán)中含有堿性的NH2和酸性的=N-OH的結(jié)構(gòu),在與重金屬離子發(fā)生配位螯合作用的時(shí)候,=N-OH結(jié)構(gòu)中的氫會電離出來,然后會以O(shè)-形式和NH2中的N與帶正電的重金屬離子形成穩(wěn)定的配位鍵,從而生成環(huán)狀的螯合物。是研究最多的一類螯合纖維。 鈀-偕胺肟纖維(Pd一AOCF)銀-偕胺肟纖維(Ag一AOCF) 金-偕胺肟纖維(Au一AOCF) 含硫螯合纖維 含硫螯合纖維種類繁多,主要有硫脲型、聚硫醚型等。雖然含硫螯合纖維具有很好的吸附和螯合性能，但是由于含硫基團(tuán)化學(xué)性質(zhì)較活潑、可與多種金屬離子產(chǎn)生配位作用，故含硫螯合纖維的存在吸附選擇性較差、官能團(tuán)不穩(wěn)定等問題。2 含磷螯合纖維 P含有一對孤電子,可以

5、與許多金屬離子成配位鍵,成為螯合物,含P的螯合纖維也比較常見。含P螯合纖維如膦酸酯、亞膦酸酯基螯合纖維。3 多配位螯合纖維結(jié)構(gòu)式 氨基螯合纖維 氨基螯合纖維一般是與胺類化合物、苯胼類化合物、氨基咪挫類化合物在一定條件下進(jìn)一步反應(yīng)制得。氨基螯合纖維中N原子含量高,N可與重金屬離子生產(chǎn)多個(gè)配位鍵,故螯合和吸附能力強(qiáng),是非常有潛力的一類螯合纖維。4 原料纖維表面 氨基膦酸纖維表面 納米螯合纖維（新型）納米材料是指在三維空間范圍內(nèi)至少有一維尺度處于納米級的材料，納米級的材料具有很多的特殊效應(yīng)。納米螯合纖維主要通過納米纖維表面改性和直接成型兩種技術(shù)制備。納米螯合纖維具有更優(yōu)越的吸附動力學(xué)和熱力學(xué)特性。

6、納米螯合纖維（新型）2014年童蘭艷等制備了鉛離子印跡納米纖維和氨基乙酸型納米纖維，以人工模擬重金屬離子為吸附對象，考察了納米纖維膜對模擬廢水中金屬離子的熱力學(xué)、動力學(xué)、選擇性、再生等吸附性能，研究結(jié)果表明，鉛離子印跡納米纖維對模板離子具有選擇性吸附的作用，氨基乙酸型納米纖維，是一種高吸附容量的納米螯合纖維。 鉛離子印跡納米纖維形貌圖 氨基乙酸納米螯合纖維形貌圖03配合物纖維的應(yīng)用 抗高壓功能材料通過纖維與金屬離子的配位反應(yīng)，對纖維進(jìn)行改性，可提高纖維斷裂強(qiáng)度和體積比電阻。PVA-Fe()配合物功能纖維 具有比原纖維更強(qiáng)的絕緣性能 纖維的體積比電阻亦隨之成指數(shù)性增長，由3.168109 cm

7、增加到 5.1261012。 抗菌功能材料抗菌纖維大致分為兩類： 一類是本身帶有抗菌功能的天然纖維，如某些麻纖維、竹纖 維等； 另一類是將抗菌劑加到纖維中制成的抗菌纖維，稱為人工抗 菌纖維，如納米抗菌纖維、金屬纖維等。其制備方法有接枝 改性法、共混紡絲法以及后整理技術(shù)等。 直接把含有抗菌活性的金屬離子配位到纖維表面形成抗菌纖 維的方法簡捷、有效，且抗菌效果持久。如偕胺肟Cu()、 Hg()配合物纖維，均具有良好的抗菌性能。 離子交換和吸附材料 螯合纖維作為一種新型高效的離子交換與吸附材 料，是通過交聯(lián)接枝反應(yīng)，在纖維狀聚合物骨架上引 入各種功能基團(tuán)形成的一類多配位型高聚物，能通過 功能基團(tuán)與金

8、屬離子形成多元環(huán)狀螯合物，對金屬離 子具有較高的吸附能力和吸附選擇性。 如硫代酰胺基螯合纖維，該螯合纖維對Au3+，Ag+等貴金屬離子具有良好的吸附性能，可用于混合溶液中 Ag(I)離子的吸附分離。 高分子金屬催化劑 工業(yè)上酯化反應(yīng)主要采用濃硫酸為催化劑，該法存在 設(shè)備腐蝕嚴(yán)重以及易引起碳化、聚合、脫水、脫羧等副反 應(yīng)，同時(shí)存在嚴(yán)重的環(huán)境污染。因而，尋找對設(shè)備無腐蝕 性、環(huán)境友好的新型酯化反應(yīng)催化劑具有重要意義。 配合物纖維作為催化劑，具有無腐蝕性，反應(yīng)條件溫 和，易與反應(yīng)體系分離，可重復(fù)使用和再生的特點(diǎn)。如偕 胺肟-Fe(III)配合物纖維（AOFs-Fe(III)），對酯化反應(yīng) 具有良好的

9、催化活性和重復(fù)使用性能及再生功能。04發(fā)展現(xiàn)狀及前景 隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，環(huán)境及可再生循環(huán)利用問題越來越受到全社會的關(guān)注，配合纖維在這 方面的應(yīng)用十分重要。近期對配合物纖維的研究主要集中在螯合物纖維的應(yīng)用方面，尤其是偕胺肟螯合纖維。 螯合纖維作為一種新型技術(shù)纖維，其在金屬資源保護(hù)、工業(yè)廢水處理、海洋資源的利用等方面有廣闊的應(yīng)用前景，還可以應(yīng)用于非均相催化、染料降解、抗菌殺毒、反應(yīng)催化、熒光材料等領(lǐng)域。 近期相關(guān)論文：【1】殷杰.新型多功能螯合纖維的制備、表征及其對重金屬離子吸附性 能的研究 D.湖南師范大學(xué)：工業(yè)催化，2014:15【2】徐正坦.一種PAN基偕胺肟螯合纖維對重金屬離子的吸附性能J.離 子交換與吸附, 2014，30(1):070-076【3】YHirai.離子交換纖維J.纖維與紗線，2014，6:10-14【4】鄒譯慧.PAN光催化纖維的制備及其應(yīng)用性能研究D.青島大學(xué)：紡 織化學(xué)與染整工程，2014:12【5】童蘭艷.重金屬離子螯合納米纖維的制備及吸附性能研究D.重慶 大學(xué)：化學(xué)工程，2014:4 納米氧化銀/偕胺肟復(fù)合