[发明专利]一种弹性疏水材料、其合成方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于高分子材料合成及应用领域，具体涉及一种具有弹性的疏水材料，其制备方法，及此材料在脱除水中有机化合物方面的应用。

背景技术

水资源是经济和社会可持续发展的重要物质基础，然而由于工业有机废液排放造成的水污染以及原油泄漏造成的海洋环境污染，对淡水资源和海洋环境造成了严重的生态灾难。如石油化工生产过程产生高浓度的有机废水，由于成分复杂、有机化合物含量高，直接生化比较困难，导致水体富营养化以及动植物物种的损失。随着全球经济的发展，通过海上开采或运输的原油量急剧增加，钻井平台受损或油轮遭遇海难导致原油泄漏的事故也频频发生。泄漏的原油除了污染大海的表平面外，还有一部分被不同层流的海水所截获，污染物随洋流扩散造成更大面积的污染。

应用吸附技术富集水体中的有机化合物或原油泄漏污染物是保护环境一种经济、有效的方法，而研发性能优异的吸附材料则是其中的关键。目前最常用的吸附材料有活性碳及天然高分子材料，但是存在吸附容量低、选择性差、动力学吸附性能差，达到吸附平衡时间较长等缺点。尽管还有一些报道的吸附材料如硅胶、碳纳米管、有机-无机杂化材料、功能化的聚合物或树脂等用于水体中油或非极性溶剂的吸附，但都存在不同程度的缺点。

水体中的有机化合物大多属于非极性或弱极性物质，能够用具有疏水和亲油性质的材料来分离。有机共轭聚合物具有优异的疏水性，其疏水的优势来源于两点：CMP由极性很弱的苯基和炔键构成，因此聚合物的总体极性也非常弱，具有低表面自由能；这些材料含有刚性和共轭结构，分子间的堆积产生大量孔隙，形成粗糙的微纳米结构。CMP对水的吸附能力很小，但它对有机溶剂却有很好的吸附能力，利用材料对水和其它有机化合物吸附能力的差异，能够用来富集、分离水体中的有机化合物。但是目前报道的有机共轭聚合物是无定形、以粉末状的形式存在，并具有不溶解不熔化的特点，难以进行工业应用。虽然有文献报道可以将超疏水的共轭聚合物掺杂在普通海绵上，制备强疏水海绵吸附材料，但是聚合物与海绵结合不够紧密，容易脱落。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种弹性疏水材料的制备方法，以及选择性吸附/分离水中有机化合物的应用方法。使用乙炔基苯和卤代苯在海绵中进行聚合，聚合物在海绵的内部形成疏水性的微纳米结构，形成有弹性的高疏水性材料。例如由1,3,5-三溴苯和1,4-二乙炔基苯在海绵表面进行聚合，材料能够选择性吸附/分离水体中油或非极性有机溶剂，对一系列的油、非极性溶剂和极性溶剂的吸附量在2100～5000wt%之间。

通常情况下，材料吸附有机溶剂的能力越强，其脱除有机溶剂就越困难，再生时要求的条件就更苛刻。而本发明制备了有良好弹性的疏水和亲油的聚合物颗粒，当它吸附水体中的有机溶剂达到饱和后，将其取出再通过物理挤压的方法就可以脱除有机溶剂。显然这样的再生方法简单，可操作性强，再生速度快，降低了吸附、分离的成本，因此有很好的应用价值。

本发明采用的技术方案如下：

一种有弹性的疏水吸附材料的制备方法，其包括如下步骤：

（a）基物A和基物B以摩尔比0.5～2:1混合，向混合物中加入碘化亚铜和四（三苯基膦）钯作为催化剂，催化剂加入量按基物A：碘化亚铜：四（三苯基膦）钯的摩尔比为1：（0.02～0.08）：（0.01～0.05）；

其中：基物A为1,3,5-三乙炔基苯或1,4-二乙炔基苯；基物B为下述的一种：1,3,5-三溴苯、1,4-二溴苯、1,3,5-三碘苯、1,4-二碘苯、1,3,5-三溴苯衍生物、1,4-二溴苯衍生物、1,3,5-三碘苯衍生物、1,4-二碘苯衍生物；

（b）向步骤（a）所得混合物中加入海绵，惰性气体保护下，再向混合物中加入非极性溶剂C和碱性溶剂D，使得上述混合物全部溶解即可；

其中：非极性溶剂C为苯、甲苯、二甲苯、三甲苯中的一种；碱性溶剂D为二乙胺或三乙胺；

（c）将步骤（b）所得混合物于60～90℃，反应5～24h后，将所得产物经过洗涤、干燥，得到有弹性的疏水吸附材料。

上文步骤（b）中的海绵的为市售的聚氨脂海绵或三聚氰胺海绵。所述的碱性溶剂D是必须加入的，因为它提供了碱性环境，促进反应进行。非极性溶剂C只起到分散、溶解的作用，适量加入即可。步骤（b）中的惰性气体保护是指：排除空气以便聚合物合成反应在无水无氧环境中进行。实施例中具体使用了氩气进行实验。