[发明专利]一种高比表面积磁性阴离子交换树脂及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于阴离子交换树脂及其制备技术领域，具体地说，涉及一种高比表面积磁性阴离子交换树脂及其制备方法和应用，更具体地说，涉及一种内部含有磁性颗粒的高比表面积阴离子交换树脂及其制备方法。

背景技术

磁性树脂因其吸附容量大、吸附速率快、易分离、操作简单等优点得到了广泛的应用。目前，商业化的磁性树脂以丙烯酸系阴离子交换树脂居多，如US590.0146、CN101781437A等公开的磁性树脂材料，这类材料具有较高的交换容量，通过离子交换作用对水体中溶解性有机污染物，尤其是消毒副产物前驱体以及硝酸根、硫酸根、磷酸根、砷酸根等多种阴离子具有良好的分离和去除效果。

但是，这种磁性材料主要依靠离子交换作用，其比表面积较低，例如，中国专利公开号CN101781437A中公开了一种磁性丙烯酸系强碱阴离子交换微球树脂及其制备方法，其所提到的磁性阴离子树脂，比表面积在10m²/g以下（C.D.Shuang,P.H.Li,A.M.Li,Q.Zhou,M.C.Zhang,Y.Zhou,Water Research,2012,46,4420.；C.D.Shuang,F.Pan,Q.Zhou,A.M.Li,P.H.Li,Industrial&Engineering Chemistry Research2012,51,4382.），其对水体中的非极性物质很难有效进行去除，其在对富含非极性有机物的废水如化工废水的处置过程中，无法满足处理的要求。

针对化工废水和生化尾水中富含极性与非极性有机物的特征，不仅需要依靠离子交换作用去除极性有机物，还需要通过丰富的孔道与高比表面积来吸附去除非极性有机物。因此，改变磁性阴离子树脂的制备工艺，调整合成过程中单体的用量，研究得到具备一定离子交换容量与较高比表面积的新型材料，进而达到对水体中极性与非极性有机物同时高效去除，具有重要的意义。

发明内容

1、要解决的问题

针对现有磁性阴离子交换树脂比表面积较低，对水体中非极性有机物去除效果差的缺点，本发明提供了一种高比表面积磁性阴离子交换树脂及其制备方法，合成出既具有较高磁性、又具有高比表面积，同时具有离子交换作用的高比表面积磁性阴离子交换树脂。

2、技术方案

为了解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种高比表面积磁性阴离子交换树脂，其骨架由二乙烯苯和丙烯酸甲酯构成，其基本结构如下，

该树脂骨架内部含有磁性颗粒，其中基团A为以下四种基团中的一种

进一步地，其比表面积为500～1000m²/g，树脂粒径为50～400μm，比饱和磁化强度为2～10emu/g，交换容量为0.5～2.5mmol/g。

一种高比表面积磁性阴离子交换树脂的制备方法，其步骤为：

(a)配备水相，水相中加入占水相质量百分比为1%～4%的明胶和占水相质量比为5～20%的NaCl；

(b)配备油相，油相由反应物单体和致孔剂甲苯构成，反应物单体与甲苯的质量比1：0.5～2，反应物单体由丙烯酸甲酯和二乙烯苯构成，质量比为1:1～9；

(c)向油相中加入等于油相质量的0.5%～3%的过氧化苯甲酰作引发剂，搅拌使其充分溶解；

(d)向油相中加入粒径为0.1～1μm的Fe₃O₄磁性颗粒，Fe₃O₄的添加量等于油相质量的5～25%，将含有过氧化苯甲酰和Fe₃O₄的油相加入到水相中，油相与水相的质量比为1:4～9，加入时进行搅拌，搅拌速度为100～400rpm，温度控制在60～80℃，反应2～8小时后于85～95℃下保温6～15小时；

(e)将步骤(d)得到的树脂冷却后用去离子水洗涤滤干，用丙酮在索氏抽提器中抽提8小时，真空干燥；

(f)将上一步骤中得到的树脂用1,2-二氯乙烷溶胀6～9小时，加入树脂质量20～60%的氯化铁在30～80℃反应9～12小时，冷却后将树脂离心分离，分别用去离子水、丙酮洗涤，风干后，真空干燥；

(g)将上一步骤中得到的树脂用1～8倍树脂质量的N,N-二甲基丙二胺在100～200℃下胺化8～30小时；

(h)将上一步骤中得到的树脂在碱性溶液中通入1～20倍树脂质量的氯甲烷，于20～110℃下反应2～30小时；