[发明专利]多层吸附剂

说明书

发明领域

本发明一般涉及借助吸附剂的水净化；更具体涉及有机涂层，其可以被附加至基质用以增强所选择的种类的吸附，然后能被重复以增加吸附剂的总容量。

背景技术

多种来源的环境污染是一个严重且持续的问题，特别是在发展中国家，在那里利用昂贵的补救技术通常受到限制。砷、铅以及其它重金属是期望从饮用水中去除的常见污染物。很多研究工作已经指向开发体内螯合剂来治疗急性金属中毒的情况；然而，这些螯合剂不允许诸如Pb(II)或As(III)的金属采用它们优选的配位几何构型(coordination geometries)，这可导致它们缺乏选择性。

利用可逆的配位键合相互作用(coordinate bonding interactions)的离散超分子聚集体的自装配提供了获得精细且精确设计的结构的机会，这些结构已经引起人们巨大的兴趣。过渡金属已经被最广泛地用于设计配位引起的(coordination-driven)离散结构。相反，少得多的工作集中在利用主族元素作为构建超分子结构的定向单元。最近的研究表明，As(III)结合适当设计的桥连硫醇根配体(thiolate ligands)(L)可以自装配到离散的双核As₂L₃结构中，其得到As(III)的孤对电子与L的芳环之间的次级超分子相互作用的支持。这些次级健合相互作用(SBIs)可以采用很多形式，如在具有As(III)的萘-酰亚胺配体的装配中所示，其中弱的砷-氧相互作用支持在溶液中高度对称的配合物。这些SBIs可以类似地起作用以赋予目标分析物选择性。

先前的工作已经显示，As^III和其它具有立体化学活性孤对电子的较重主族元素能够以固态形成与芳烃环的紧密接触。为分析这种相互吸引作用，在AsCl₃-苯二聚体上进行密度泛函理论计算。这些研究显示，砷-芳烃相互作用的结合能下限为7.4kcalmol^-1，其中C-As距离为此外，尽管相互作用的优选几何构型使砷孤对电子对苯环以68°角定向；然而该结构仅比两个C3-对称的排列稳定0.5kcalmol^-1。这表明，尽管这种相互作用十分强，但是其几何构型是灵活的。这种孤对电子-π相互作用可以在本发明的约束下起作用，以针对特定目标诱导更强的结合或者选择可能性。

Raymond在美国专利5,049,280(1)(通过引用并入本文)中教导了在溶液中利用配体来结合铁。配体的一部分可包括有机连接基团A，其结合于固体基质Q。该化合物中每个化合物螯合(chelates or sequester)一个金属离子。这些化合物在本文中被称为“单官能的”，因为一个分子配体附着或螯合一个目标种类(在Raymond的情况中，为金属离子如Fe⁺³)。在J.Chem.Soc.，Dalton Trans.，1999，1185(2)(通过引用并入本文)中，Caulder和Raymond讨论了多种超分子结构。最简单的多金属簇含有由一个或多个配体连接的两个金属位点。当这两种金属离子通过三个相同的C₂-对称配体线(strand)连接时，其被写为M₂L₃，如果两种金属离子具有相同的手性，则所得到的双金属簇被称为三股螺旋(triple helicate)；一个实例是二羟胺铁载体红酵母酸(dihydroxamine siderophorerhodotorulicacid)，其它实例见参考文献。邻苯二酚酰胺(Catecholamide)和异羟肟酸盐(hydroxamate)配体是超分子配合物中结合单元的优良选择，原因在于这些具有+3金属离子的螯合物在八面体配位环境下具有高度稳定性和可靠性；羟基吡啶酮和吡唑啉酮配体也用于合成超分子簇。还讨论了M₄L₆配合物，其中四面体的顶点作为四个金属离子种类的相互作用点或配位点，以及六个配体作为该四面体的边。对于两个种类的情况，这些配体化合物在本文被称为“双官能的”，而对于更高级的情况则被称为“多官能的”。