[发明专利]用于水处理的功能性聚合物－活性炭复合材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种复合材料技术领域的制备方法，特别是一种用于水处理的功能性聚合物-活性炭复合材料的制备方法。

背景技术

活性炭材料是一种重要的无定形碳素材料，为黑色多孔固体，孔隙结构发达，具有大的比表面积，一般可高达1000~3000m².g^-1，对气体、溶液中的无机或有机物质及胶体颗粒等都有很强的吸附能力。作为一种性能优良的吸附剂，活性炭材料具有独特的孔隙结构和表面活性官能团，化学性质稳定，机械强度高，耐酸、耐碱、耐热，不溶于水和有机溶剂，使用失效后可以再生，活性炭材料在治理环境污染方面也显示出了诱人的前景，被广泛用于污水处理、大气污染防治等方面。

活性炭吸附法主要是利用活性炭的多孔特性，使水中一种或多种有害物质被吸附在活性炭表面而去除的方法。目前，大多数活性炭对污染物的吸附可分为物理吸附和化学吸附，其中绝大部分以物理吸附为主。近年来，很多学者越来越重视活性炭表面官能团的作用，并进行了大量的研究，如用强酸或强碱对活性炭材料的吸附表面化学性质改性。然而，不管是氧化改性还是还原改性，都只是改变活性炭表面的官能团，如果能将具有丰富基团的高分子功能性聚合物引入到活性炭孔道中，将会得到一种具有高选择性的吸附材料，这种材料既可以发挥活性炭的孔结构优势，还能利用聚合物链段中功能性基团对废水中污染物进行清除。例如，聚甲基丙烯酸-N，N-二甲氨基乙酯可与某些金属离子形成稳定的螯合物，从而去除水溶液中的金属离子。而且与小分子有机物改性剂相比，一般来说，聚合物改性没有毒性，本身比较安全，不会造成二次污染，而且提供丰富的官能团。

经对现有技术的文献检索发现，在多孔碳的孔洞内直接加入聚合物制备用于吸附的复合材料，2005年由Zhuo Guo等人报道过(Adsorption of vitamin B12on ordered mesoporous carbons coated with PMMA，Carbon，2005，43，2344)。该文中提出以介孔碳为基体，直接将聚甲基丙烯酸甲酯通过减压蒸馏渗入到介孔碳的孔洞中，制得物理混合的复合材料，并利用这种复合材料吸附维生素B12。其不足在于：介孔碳本身的制备比较复杂，不易批量生产。而且聚甲基丙烯酸甲酯是直接渗透进入基体，并没有与基体有机结合成一体，存在稳定性较差等问题。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的不足，提供一种用于水处理的功能性聚合物-活性炭复合材料的制备方法，使其可成功实现功能性聚合物原位合成在活性炭孔洞中，并且得到具有较大的比表面积的聚合物-活性炭复合材料，同时，这种材料仍具有之前聚合物的功能性。

本发明是通过如下技术方案实现的，本发明包括如下步骤：

第一步，活性炭材料预处理：将粉末活性炭材料在硝酸中70-90℃下搅拌3小时，去离子水洗，干燥。

所述搅拌，其温度是70-90℃，时间为3小时。

第二步，将聚合物单体均匀分散在溶剂内，配制成溶液；

第三步，将第二步得到得溶液加入到经第一步预处理过的活性炭粉末中，搅拌均匀；

第四步，将第三步得到的混合物放入密闭容器零度放置，将容器中充入氮气，密闭，聚合反应，将得到的复合物用乙醇清洗，干燥，得到聚合物-活性炭复合材料。

所述的放置时间，是5h-24h。

所述的充入氮气时间，是6min-20min。

所述的聚合反应，其温度是60℃-90℃，时间是24h-48h。

所述的活性炭材料是指粒子大小在600um左右的活性炭粉末。

所述的功能性聚合物，是指具其表面具有各种反应活性的官能团，如酯基(-COOR)、羟基(-OH)、羧基(-COOH)、磺酸根基团(-SO₃^-)、胺基(-NR₂)、环氧基氯基(-Cl)中的一种或几种的组合，但不局限于上述几种官能团。

所述的功能性聚合物，其基材如聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸-N，N-二甲氨基乙酯、聚乙烯、聚丙烯酸、聚氯乙烯、聚四氟乙烯、聚异丙基丙烯酰胺、聚丙烯腈、聚乙酸乙烯酯、聚甲基丙烯酸缩水甘油酯、聚硅氧烷、聚乳酸、聚碳酸酯中的一种或几种的组合，但不局限于上述几种物质。