酰腙类超分子凝胶的设计、合成及应用

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超分子凝胶是通过低分子量凝胶剂(LMWGs)之间的非共价相互作用(氢键、配位作用、范德华力、π-π堆积等)组装形成的一种软材料。其架构类似于一个固体的纳米网络,能够将分子尺度的信息转化为材料的性能。作为一种特殊的席夫碱,酰腙具有独特的结构,与普通的席夫碱相比,它更稳定,不易发生水解,这造就了其特殊的理化性质。本论文通过均三苯甲酰肼与4-吡啶甲醛进行脱水缩合,设计合成了一种新型小分子量的酰腙类凝胶因子N,N’,N’’-三(4-吡啶基)均三苯甲酰腙(BTTN4)。详细研究了其在不同溶剂中的凝胶性能、自组装形态及自组装机制等,并进一步探究了其在染料废水处理领域的应用,主要内容如下:(1)所获得的化合物在有机溶剂中的溶解性不佳,而在酸性水溶液中的溶解性较好,并且能够形成凝胶。研究发现,形成的凝胶不仅具有良好的热可逆性,并且具有灵敏的p H响应性。此外,伴随p H变化的过程中也产生了凝胶体系颜色的变化,当体系p H较小时形成白色凝胶,随着p H增大凝胶逐渐崩塌直至变成黄色溶液。流变学性能表明,凝胶展现出良好的机械性能和自修复性能。XRD和FT-IR测试结果表明,相邻分子间的氢键、范德华力和π-π堆积是形成凝胶的主要驱动力。(2)以配体BTTN4为基础,通过与Fe3+(Fe Cl3,Fe(NO3)3)配位构筑超分子金属凝胶。我们分别探究了溶液p H、浓度、阴阳离子以及溶剂对形成凝胶过程的影响。SEM结果显示,金属凝胶体系的微观结构多呈片状或块状聚集体。XRD和FTIR表明,BTTN4分子Fe3+的配位作用及相邻分子间的氢键是形成凝胶的主要驱动力。(3)以Fe(NO3)3-BBTN4为前驱体,通过高温氮气保护灼烧制备Fe3C/C磁性复合材料,并对阳离子染料罗丹明B(Rh B)和阴离子染料刚果红(CR)进行吸附性能测试。吸附实验结果表明,Fe3C/C对两种染料都具有吸附效果,且对两者的吸附过程均符合Langmuir等温吸附模型和pseudo-second-order动力学模型,吸附过程属于一个放热过程。通过计算,测得对Rh B和CR的最大吸附量分别为49.43 mg·g-1和859.75 mg·g-1。此外,吸附剂可以多次重复使用。
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