苯并噁嗪樹脂吸附性能的研究進展

劉俊

摘? ?要：苯并噁嗪功能材料在耐火材料、涂覆材料、黏結劑等工程材料方面應用廣泛，而利用其吸附性能在儲能、環境、醫學等領域的應用相對較少。鑒于此，其發展成為吸附型功能材料的潛力巨大。著眼于苯并噁嗪的研究與應用現狀，對苯并噁嗪功能材料目前存在的問題進行了概述，對其發展前景進行了展望。

關鍵詞：苯并噁嗪樹脂;分子設計;功能材料;吸附

苯并噁嗪功能樹脂是一種以酚類、伯胺類和醛類化合物為原料，在一定條件下通過Mannich縮合反應合成的熱固性材料。其分子結構中含有苯環，苯環上連接一個含氧、氮元素的六元雜環，在加熱或者催化劑的作用下能發生開環聚合，形成網狀結構的苯并噁嗪化合物[1]。苯并噁嗪樹脂具有良好的物理機械性質，使其在耐火材料、涂覆材料、摩擦材料和黏結劑等工程材料方面應用廣泛。隨著科研人員不斷對其進行深入研究，發現苯并噁嗪因具有結構可靈活設計、活性官能團多且分布可控和耐酸性強等特點，具備發展成為功能性材料并應用于吸附方面有著巨大潛力[2]。

1? ? 苯并噁嗪功能樹脂的合成

通常可以通過溶液法、懸浮法和無溶劑法合成得到苯并噁嗪樹脂。苯并噁嗪樹脂雖具有良好的物理機械性質，但固化溫度高、脆性比較大，這極大地限制了其在工業生產中的應用。為了提高苯并噁嗪的性能及擴大應用范圍，科研工作者著力于研究對苯并噁嗪樹脂改性方法：對苯并噁嗪樹脂的主鏈和側鏈進行改性設計;與其他高性能樹脂或纖維共混;與無機材料共混。合成的新結構的苯并噁嗪功能樹脂在耐熱與阻燃性、介電與導熱性、固化性能和吸附性能等方面得到了增強。劉孝波等[3]以間胺基苯氧基鄰苯二甲腈、甲醛與雙酚類化合物為原料，利用溶劑法制備出的含氰基的苯并噁嗪樹脂，不但具有苯并噁嗪樹脂良好的加工性能，還具有氰基類樹脂的優良耐熱性。王標兵等[4]以苯基二氯磷、二元酚類磷為原料，合成的含磷苯并噁嗪功能樹脂具有優良的耐熱性與阻燃性。

2? ? 苯并噁嗪樹脂在水處理方面的應用

2.1? 去除油類物質及有機溶劑

油類物質一直是工業廢水污染治理環節中的一大難題，研發能使油水高效分離的技術方法是治理含油廢水污染的關鍵。而開發具有優良疏水性能或親油性能的材料是實現油類資源回收利用與環境污染治理取得成效的技術方法的核心。苯并噁嗪樹脂分子之間含有較強的氫鍵作用，故有良好的疏水性，可應用于分離油與水。Yang等[5]利用苯胺、對羥基苯甲醛和甲醛合成出苯并噁嗪型醛化合物，然后將其負載于含有較多硅烷醇基的納米型二氧化硅的纖維薄膜上，且摻雜SiO2納米顆粒，然后在一定條件下使苯并噁嗪型醛化合物發生開環聚合反應，最后在氮氣環境中、高溫熱解得到超疏油性的復合材料，該材料的油水分離效率最大可達到2 237 L/（m2·h）。

2.2? 去除有機染料

有機染料的主要成分通常是結構復雜、相對分子質量很大的有機化合物，且易溶于水。工業中的染料廢水很難被生物降解。苯并噁嗪功能樹脂中的有機官能團能與有機染料結合，從而達到有效去除有機染料的目的。Si等[6]利用無溶劑法首先合成得到雙酚A/苯胺型苯并噁嗪，再將其與乙酰丙酮鐵、聚乙烯醇縮甲醛共混制成薄膜，然后用KOH活化，最后經高溫碳化制備得到有磁分離效果的摻雜四氧化三鐵的復合型碳納米纖維材料。該材料在甲基藍與羅丹明吸附實驗中表現出很好的吸附性能，對染料的去除率最高達到了100% 。趙麗平[7]利用無溶劑法首先制備得到苯并噁嗪預聚體，然后將苯并噁嗪預聚體/1， 4-二氧六環緩緩加入到甲基硅油中充分混合，在200 ℃下反應一段時間，最終得到球形聚苯并噁嗪樹脂。該材料的分子內和分子間有氫鍵，對非極性有機染料亞甲基藍有明顯的吸附作用。

2.3? 去除重金屬離子

重金屬污染是污染環境最嚴重與對人類危害最大的水污染問題之一。由于苯并噁嗪功能樹脂可以與金屬離子結合，可被應用于治理重金屬廢水污染。Taskin等[8]合成了比表面積為45 m2/g的聚苯并噁嗪樹脂。該材料具有Mannich堿的橋結構[—CH2—N（R）—CH2—]以及酚羥基與氮原子之間形成的氫鍵。這些結構可以與水中的Hg（Ⅱ）絡合，有效地去除了水中的汞離子。鄔明鵬[9]以銅-三聚氰胺的絡合物、雙酚A為原料，合成得到摻雜銅的聚苯并噁嗪化合物。然后將其應用于去除水體中的Cr（VI），該復合材料在去除六價鉻的實驗中，吸附量達到了116 mg/g，去除效率高達96.7%。Chaisuwan等[10]以雙酚A、三亞甲基四胺和甲醛為原料，利用溶液法合成了苯并噁嗪單體，然后通過水熱法合成了聚苯并噁嗪的氣凝膠。該氣凝膠在吸附多種重金屬離子實驗中，對Sn2+離子表現出良好的吸附效果。

3? ? 苯并噁嗪樹脂在吸附CO2方面的應用

開發二氧化碳對降低溫室效應的影響、提高能源的利用率和開發新能源等方面均具有十分重要的意義，對于如何高效地分離與吸附二氧化碳的問題已經成為當今科研工作者最關注的熱點研究話題之一。而多孔碳材料因其具有比表面積大、吸附性能優良、制備成本不高且易再生等優點，被認為是較為理想的CO2吸附劑[11]。苯并噁嗪功能樹脂自身就是一種多孔碳材料，比表面積大、孔道結構復雜及分子含氮量較高，對二氧化碳吸附性能良好。Wang等[12]以間苯二酚、己二胺和甲醛為原料，通過常規法合成得到聚合物，然后在氮氣氣氛下高溫熱解，再在二氧化碳氣氛下高溫活化得到單分散碳球，最后用其吸附CO2氣體。實驗發現，在低溫常壓條件下，碳球對二氧化碳的吸附量達到11.03 mmol/g。Alhwaige等[13]將間苯二酚/四乙烯五胺型苯并噁嗪、蒙脫土、殼聚糖通過溶液法共混、固化，并輔以凍干處理制備出復合型苯并噁嗪氣凝膠。該氣凝膠無論在普通大氣壓還是在高溫高壓下都能保持良好的吸附性能，在105 Pa，25 ℃ 時，其吸附量可達5.72 mmol/g。

4? ? 苯并噁嗪樹脂在藥物載體方面的應用

藥物載體能控制藥物進入人體的方式和控制藥物的釋放速度，將藥物輸送到靶向器官，減少藥物的降解與損失，降低副作用，提高生物利用度。Wang等[14]以普郎尼克F127為模板，通過溶液法利用間苯二酚和己二胺合成出苯并噁嗪型納米球，再涂上二氧化硅，最后碳化并除去二氧化硅后得到的中空納米碳球搭載藥物阿霉素用于抗癌治療，該納米碳微球比表面積達到434 m2/g，吸附藥物性能良好。

5? ? 結語

苯并噁嗪功能樹脂因具有結構設計靈活、活性官能團多且分布可控及耐酸性強等特點，在功能性材料吸附領域潛力巨大?；趪鴥韧鈱Ρ讲f嗪功能樹脂在吸附領域的研究仍處于探索階段，對苯并噁嗪功能樹脂的理論研究還不完善，應用領域也不廣泛，仍存在很多問題亟待解決。因此，開展對其吸附性能的理論研究及應用領域的拓寬對于提升我國有關行業在該領域的競爭力具有十分重要的意義。

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