[发明专利]用于纳米粒子污染物的絮凝剂

说明书

背景

纳米粒子是具有至少一个小于100纳米(nm)的维度的粒子，并且通过自然过程如侵蚀和火山，以及人类活动，如燃烧和消费品的使用两者产生。纳米粒子在我们的日常生活中是普遍的，存在于空气和饮用水中。不断增长的证据体暗示纳米粒子对人类是有害的。因此，纳米粒子的政府监督和规定倾向于增加并且带来对于从空气、水和其他气体和液体移除纳米粒子的新方式的需要。

概述

本技术提供可以在气体和液体中作为纳米粒子污染物的絮凝剂使用的组合物。这些组合物的独特性质是它们捕获带电和中性纳米粒子污染物两者的能力。此外，本发明的组合物当暴露至紫外(UV)光时还可以降解纳米粒子污染物，允许将污染物安全地在常规垃圾填埋中处理。

一方面，本技术提供一种组合物，所述组合物包含共聚物和多个光催化无机纳米粒子，所述共聚物包含聚(C_2-4环氧烷)和阳离子聚丙烯酰胺。在一些实施方案中，聚(C_2-4环氧烷)具有低于约100,000的重均分子量，并且在其他中，聚(C_2-4环氧烷)具有在约100至约100,000的范围内的重均分子量。在示例性实施方案中，本发明的组合物的共聚物包含聚(环氧乙烷)和阳离子聚丙烯酰胺。在一些实施方案中，聚(C_2-4环氧烷)通过丙烯酰基残基或聚丙烯酸酯微段(microsegment)与所述阳离子聚丙烯酰胺接合。

在本发明的组合物的一些实施方案中，阳离子聚丙烯酰胺包括伯胺、仲胺、叔胺、季铵，或它们的任意两种以上的混合物。例如，阳离子聚丙烯酰胺可以包括聚乙烯亚胺。在示例性实施方案中，阳离子聚丙烯酰胺可以包括多个二烷基氨基烷基或三烷基铵基烷基。在一些实施方案中，阳离子聚丙烯酰胺包含与所述聚丙烯酰胺的酰胺氮连接的多个二烷基氨基甲基。在示例性实施方案中，阳离子聚丙烯酰胺包含多个二甲基氨基甲基、二乙基氨基甲基、二甲基氨基乙基、二甲基氨基乙基、三甲基铵基甲基、三乙基铵基甲基、三甲基铵基乙基，或三乙基铵基乙基。

在其他实施方案中，所述阳离子聚丙烯酰胺是共聚物，所述共聚物包含丙烯酰胺和一种或多种单体的反应产物，所述一种或多种单体选自由以下各项组成的组：甲基丙烯酸二甲基氨基乙基酯、丙烯酸二甲基氨基乙基酯、氯化甲基丙烯酰氧基乙基三甲基铵、甲基丙烯酸二甲基氨基丙基酯、氯化甲基丙烯酰胺基丙基三甲基铵、二甲基氨基丙基丙烯酰胺、氯化丙烯酰氧基乙基三甲基铵、二甲氨基乙基苯乙烯、氯化(对-乙烯基苄基)-三甲基铵、氯化丙烯酰氧基乙基二甲基苄基铵、2-乙烯基吡啶、4-乙烯基吡啶和乙烯胺。

在示例实施方案中，阳离子聚丙烯酰胺中的阳离子单体与中性单体的比例为约1∶99至约20∶80。在一些实施方案中，阳离子聚丙烯酰胺具有约500至约15,000,000的重均分子量。在本发明的组合物的一些实施方案中，共聚物具有约5,000至约16,000,000的重均分子量。

在本发明的组合物的一些实施方案中，光催化无机纳米粒子是二氧化钛、氧化锌或它们的混合物。这种纳米粒子可以以在但是不限于组合物的约0.1重量％至约5重量％的范围内的量存在。

另一方面，本技术提供用于制备本文所述的任意组合物的方法。该方法包括使共聚物与光催化无机纳米粒子在液体中的悬浮液接触，其中共聚物包含聚(C_2-4环氧烷)和阳离子聚丙烯酰胺，并且光催化无机纳米粒子选自二氧化钛、氧化锌或它们的混合物。共聚物可以是本文描述的那些中的任一种。在示例性实施方案中，液体是水。

另一方面，本技术提供一种从气体(例如，空气)或液体(例如，水)移除纳米粒子污染物的方法。该方法包括使所要提纯的气体或液体与有效量的本文公开的任意组合物接触以捕获多个纳米粒子污染物。在本发明的方法的一些实施方案中，相对于每公吨的液体，用于移除纳米粒子污染物的组合物的量在约0.01至约2kg的范围内。移除纳米粒子污染物的方法可以还包括将组合物和所捕获的纳米粒子暴露至足以氧化或以其他方式降解多个所捕获的纳米粒子的UV光的量。

以上概述仅为了举例说明并且不意图以任何方式限制。除了上面描述的示例性方面、实施方案和特征之外，通过参考以下的详述，其他方面、实施方案和特征将是显见的。

详述

在以下详述中，参考形成其一部分的附图。在附图中，除非上下文另外指出，相似的符号典型地表示相似的组件。详述、附图和权利要求中描述的示例实施方案不意味着限定。可以采用其他实施方案，并且可以进行其他变化，而不脱离这里给出的主题的精神或范围。