Příprava kladně nabitých cyklodextrinových sorbentů
Loading...
Date
2025-06-10
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Per- a polyfluorované alkylové látky (PFAS) jsou perzistentní environmentální polutanty, které představují závažné riziko pro lidské zdraví i ekosystémy. Vzhledem k jejich vysoké chemické stabilitě a schopnosti bioakumulace se kontaminace PFAS stala globálním problémem, což zdůrazňuje potřebu efektivních a selektivních remediačních technologií. V této práci byl vyvinut nový sorbent na bázi beta-cyklodextrinu (DA-beta-CD-PMDA), navržený tak, aby zlepšil adsorpci PFAS prostřednictvím kombinace inkluzní komplexace a elektrostatických interakcí.
Sorbent byl připraven funkcionalizaci beta-cyklodextrinu pomocí N,N,N'-trimethylethan-1,2-diaminu a následným zesíťováním pomocí dianhydridu kyseliny pyromellitové (PMDA). Strukturní charakterizace pomocí NMR v pevné fázi a FTIR spektroskopie potvrdila úspěšné zesíťování a začlenění funkčních skupin, zatímco SEM analýza odhalila heterogenní mikročásticovou morfologii vhodnou pro sorpci. Navíc titrační experimenty pomocí 19F NMR potvrdily tvorbu inkluzních komplexů s PFAS a umožnily stanovení asociačních konstant (Ka), které dosáhly až 5,5×10^5.
Sorpční účinnost DA-beta-CD-PMDA byla hodnocena pro čtyři PFAS pomocí hmotnostní spektrometrie. Stanovené distribuční koeficienty (logD) dosahovali hodnot až 3,76. Tyto výsledky potvrzují afinitu sorbentu k PFAS. Ve srovnání s fluorovanými beta-cyklodextrinovými polymery a konvenčními sorbenty, jako je aktivní uhlí, vykázal DA-beta-CD-PMDA srovnatelnou nebo lepší účinnost, přičemž neobsahuje ve své molekule fluorované látky. To poukazuje na jeho potenciál jako udržitelného a účinného materiálu pro odstraňování PFAS z vody.
Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) are persistent environmental pollutants that pose serious risks to human health and ecosystems. Due to their high chemical stability and bioaccumulation potential, PFAS contamination has become a global concern, highlighting the need for effective and selective remediation technologies. In this work, a novel beta-cyclodextrin-based sorbent (DA-beta-CD-PMDA) was developed to enhance PFAS adsorption via combined inclusion complexation and electrostatic interactions. The sorbent was synthesized by functionalizing beta-cyclodextrin with N,N,N'-trimethylethylenediamine and crosslinking it using pyromellitic dianhydride (PMDA). Structural characterization using solid-state NMR and FTIR spectroscopy confirmed successful crosslinking and incorporation of functional groups, while SEM analysis revealed a heterogeneous microparticulate morphology suitable for sorption. Additionally, 19F NMR titration experiments demonstrated the formation of inclusion complexes with PFAS, allowing the determination of association constants (Ka), which reached up to 5.5×10^5. The sorption performance of DA-beta-CD-PMDA was evaluated for four PFAS. Determined distribution coefficients (logD) reached up to 3.76. These results confirm the sorbent's affinity for PFAS. In comparison with fluorinated beta-cyclodextrin polymers and conventional sorbents such as activated carbon, DA-beta-CD-PMDA demonstrated competitive or superior performance, while containing no fluorinated substances in its molecule. This highlights its potential as a sustainable and efficient material for PFAS removal from water.
Per- and polyfluoroalkyl substances (PFAS) are persistent environmental pollutants that pose serious risks to human health and ecosystems. Due to their high chemical stability and bioaccumulation potential, PFAS contamination has become a global concern, highlighting the need for effective and selective remediation technologies. In this work, a novel beta-cyclodextrin-based sorbent (DA-beta-CD-PMDA) was developed to enhance PFAS adsorption via combined inclusion complexation and electrostatic interactions. The sorbent was synthesized by functionalizing beta-cyclodextrin with N,N,N'-trimethylethylenediamine and crosslinking it using pyromellitic dianhydride (PMDA). Structural characterization using solid-state NMR and FTIR spectroscopy confirmed successful crosslinking and incorporation of functional groups, while SEM analysis revealed a heterogeneous microparticulate morphology suitable for sorption. Additionally, 19F NMR titration experiments demonstrated the formation of inclusion complexes with PFAS, allowing the determination of association constants (Ka), which reached up to 5.5×10^5. The sorption performance of DA-beta-CD-PMDA was evaluated for four PFAS. Determined distribution coefficients (logD) reached up to 3.76. These results confirm the sorbent's affinity for PFAS. In comparison with fluorinated beta-cyclodextrin polymers and conventional sorbents such as activated carbon, DA-beta-CD-PMDA demonstrated competitive or superior performance, while containing no fluorinated substances in its molecule. This highlights its potential as a sustainable and efficient material for PFAS removal from water.
Description
Subject(s)
PFAS, cyklodextrin, polymer, sorbent, PMDA