高聚碘的合成、结构、性能及其消毒应用王渊博士研究生太

高聚碘的合成、结构、性能及其消毒应用王渊博士研究生太原理工大学2012年4月14日联合研发团队研发团队:2000年以来，薛永强教授与王雪平研究员共同组建了消毒新材料和新技术课题组，组成了一个由化学、化工、材料、微生物等多学科参加的研发团队，多年来，我们课题组在高聚碘的合成和高聚碘复合消毒材料的研究方面做了许多工作。报告内容高聚碘的结构高聚碘的合成我们的工作及应用高聚碘的结构1819年，Pelletier和Caventou首次发现了一种高聚碘—士的宁三碘化物。高聚碘是指含有多碘离子的化合物，其多碘离子可表示为：（m,n≥1的整数，n=1~4）高聚碘的化学结构：由简单的离散单元到一维线性结构、复杂的二维平面结构和三维网状结构。I2m+nn-两条一维I3-链I3-与I2形成的二维面I7-形成的立方箱高聚碘的合成在适当溶剂下，碘化物加碘反应生成高聚碘室温下碘化物和碘固相反应生成高聚碘使用强碱性季铵盐阴离子交换树脂，逐级离子交换法制备树脂高聚碘。这也是目前公开报道用于杀菌的高聚碘，国内外所研制的树脂高聚碘的最大聚合度为七，即RI7我们的研究工作及其进展新型高聚碘：除树脂高聚碘外，我们合成出了非树脂类型的“非溶出高聚碘”、“微溶出高聚碘”和“水溶性高聚碘”。合成新方法：我们的发明的合成方法包括：低温固相法、一锅合成法、反应沉淀法和两步包合法。聚合度可控：通过控制反应条件，可以控制高聚碘的聚合度，可合成出聚合度为3、5、7、9、11、13的高聚碘。非溶出性表面高聚碘杀菌材料：我们成功地将高聚碘分子键合A和B表面，制成非溶出性高聚碘表面杀菌材料，特别适用于水或空气的消毒。这一技术在安全、无残留、节能、低成本和高效使用化学消毒剂方面获得了技术突破，可望解决使用化学消毒剂产生残留和二次污染的世界性难题。高聚碘性能检测结果消毒效能（1）实验证明：碘的聚合度与杀菌效能成正比。聚合度为7的高聚碘比普通碘的杀菌效能提高3倍；聚合度为11的高聚碘比普通碘的杀菌效能提高5倍。（2）烧瓶震荡实验证明：非溶出性高聚碘10分钟对金黄色葡萄球菌的杀灭率为42.85-99.96％、大肠杆菌为56.19-99.43％、白色念珠菌为50.00-70.83％。（3）MIC实验表明，1:5000倍稀释的溶出性高聚碘，作用2min,对真菌、细菌芽孢的杀灭率为100%。非溶出特性非溶出性高聚碘在水中超声1h，无残留物检出。低毒特性：经毒理试验，我们合成的高聚碘属于低毒杀菌剂:小鼠急性经口毒性试验雌性小鼠LD50为2330mg/kg.bw(1600-3900)；雄性小鼠为LD50为4300mg/kg.bw(2950-6260)。高聚碘系列消毒新材料的应用范围非溶出高聚碘和非溶出高聚碘表面消毒材料：可用于水产养殖用水、饮用水、空气消毒等微溶出性高聚碘：饮用水消毒、食品蔬菜水果的保鲜等水溶性高聚碘：可用于环境、人体、水产养殖用水、蔬菜水果消毒等；还可用于化妆品、日用品的消毒杀菌等非溶出性高聚碘的实验结果非溶出高聚碘123456实际聚合度2.9054.4936.2987.3759.72110.77溶解度/100gH2O000000溶解度/100ml乙醇1.1331.2141.5541.5761.4681.64454℃放置14d碘含量损失/%8.6679.37923.84219.05924.22516.602非溶出高聚碘完全不溶于水，但微溶于乙醇，其聚合度可达11，但稳定性较差。微溶出季铵盐高聚碘的实验结果微溶出高聚碘123456实际聚合度2.8664.7306.3018.04510.40411.711溶解度/100gH2O0.03060.02690.02040.01690.01630.0073溶解度/100ml乙醇2.7032.3072.3472.0222.1382.63554℃放置14d碘含量损失/%2.9202.5935.3876.7186.49912.982熔点/℃1291241231269897微溶出的季铵盐高聚碘聚合度最高可达11以上；不同聚合度的微溶出高聚碘在水中的溶解度均很小，除十一碘外，其它聚合度的微溶出高聚碘的稳定性均很好，并且具有较高的熔点。微溶出的尼龙6高聚碘实验结果微溶出高聚碘123456实际聚合度3.7935.4856.8568.97210.10111.840溶解度/100gH2O0.0250.0140.0330.0410.0270.046溶解度/100ml乙醇0.8960.7250.4080.2830.5890.65754℃放置14d碘含量损失/%26.6718.1614.0119.8610.192.55微溶出的尼龙6高聚碘的聚合度可达11以上；在水中溶解度很小，在乙醇中的溶解度较大，聚合度低的高聚碘稳定性较差，而聚合度大于11的高聚碘非常稳定。微溶出的树脂高聚碘树脂高聚碘的聚合度可达九碘以上；在水中的溶解度小于10ppm，非常适合于饮用水的消毒。微溶出的淀粉高聚碘特点：淀粉高聚碘的聚合度可达5.14，在水中的溶解度很小，经超声处理1h后在100mL水中溶出碘的量仅为几毫克；具有良好的稳定性，在54℃条件下放置两周后碘含量损失小于5％。水溶性高聚碘的实验结果水溶性高聚碘1234实际聚合度3.2653.9385.1716.430溶解度/100gH2O5.0553.0322.3862.666溶解度/100ml乙醇1.5811.0611.6051.43154℃放置14d碘含量损失/%6.95610.425.5337.57熔点/℃131129126126水溶性高聚碘在水中的溶解度较大，熔点较高。不同聚合度高聚碘的拉曼光谱1020000400006000080000100000120000140000160000180000200000050100150200250300拉曼位移/cm-1强度01000200030004000500060007000050100150200250300350400拉曼位移/cm-1强度050001000015000200002500030000050100150200250300拉曼位移/cm-1强度碘三高聚碘碘五高聚碘碘七高聚碘不同聚合度高聚碘的拉曼光谱2020000400006000080000100000050100150200250300拉曼位移cm-1强度碘十一高聚碘020004000600080001000012000140001600018000200000100200300400拉曼位移/cm-1强度碘九高聚碘不同聚合度高聚碘离子的结构III[]-III[]-IIIIIIIII-IIIIIIIII-IIIIIIIIIII-直线型直线型三角锥型V型多面体型非溶出高聚碘A表面消毒材料(1)反应温度/℃304050607080接枝率/%37.6642.9345.5053.8154.5451.84偶联剂1在A表面的键合率理论I2/KI摩尔比接枝率/%聚合度2.3746.264.304.0450.394.81高聚碘在A(偶1)表面的键合率和聚合度非溶出高聚碘A表面消毒材料(2)反应温度/℃304050607080接枝率/%42.1743.9346.2955.9356.1756.87偶联剂2在A表面的键合率理论I2/KI摩尔比接枝率/%聚合度2.9841.233.873.6342.853.642.9642.654.283.9343.014.28高聚碘在A(偶2)表面的键合率和聚合度非溶出高聚碘A表面消毒材料(3)原料及制备方法两周前的碘量/mol两周后的碘量/mol变化量/%AC+偶2+I2；60℃；1h4.02×10-43.66×10-4-8.95AC+偶2+I2；50℃；1h4.14×10-43.67×10-4-11.35AC+偶2+I2；50℃；1h3.22×10-43.09×10-4-4.04AC+偶1+I2；50℃；1h2.64×10-42.48×10-4-6.06AC+偶1+I2；60℃；1h3.31×10-43.09×10-4-6.64AC+偶1+I2；60℃；1h3.88×10-43.70×10-4-4.64AC+混偶+I2；50℃；1h3.56×10-43.29×10-4-7.58AC+混偶+I2；60℃；1h2.66×10-42.51×10-4-5.64非溶出高聚碘A表面消毒材料的热稳定性(54℃14天）可以看出，非溶出高聚碘A表面消毒材料比较稳定。非溶出高聚碘B表面消毒材料(1)反应温度/℃4050607080接枝率/%5.755.846.596.485.62偶联剂1在非溶出高聚碘B表面的键合率反应温度/℃4050607080接枝率/%3.503.234.293.553.25高聚碘在B(偶1)表面的键合率随着温度升高，用偶联剂1制备的非溶出高聚碘B消毒材料的两个键合率数值基本恒定非溶出高聚碘B表面消毒材料(2)反应温度/℃50607080接枝率/%11.0713.198.3010.08反应温度/℃4050607080接枝率/%1.962.392.921.462.59偶联剂2在B表面的键合率高聚碘在B(偶2)表面的键合率随着温度升高，用偶联剂2制备的高聚碘消毒材料的两个键合率数值基本恒定，但其在B表面的键合率较偶联剂1小非溶出高聚碘B表面消毒材料(3)非溶出高聚碘B表面消毒材料的热稳定性(54℃14天)原料及制备方法两周前的摩尔量/mol两周后的摩尔量/mol变化量/%SiO2+偶2+I2；50℃；1h1.03×10-40.88×10-4-14.56SiO2+偶2+I2；60℃；1h1.08×10-40.97×10-4-10.18SiO2+偶1+I2；50℃；1h0.79×10-40.68×10-4-13.92SiO2+偶1+I2；60℃；1h0.71×10-40.62×10-4-12.68可以看出，非溶出高聚碘B表面消毒材料稳定性较差结束语通过对我们合成的三个系列高聚碘消毒材料的聚合度、光谱图、溶解性、稳定性、消毒效能以及毒理性能的分析看出，它们有的已经可以满足相关领域的应用，有的还需要进一步研究和改进。欢迎各位专家和企业家批评指导！联系人：薛永强电话详见通讯录邮箱：[e-mail]