[发明专利]一种通过悬浮聚合制备磁性多孔吸附剂的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境功能材料制备技术领域，涉及一种通过悬浮聚合法制备磁性多孔吸附剂的方法，并选择性吸附分离水环境中氯酚类污染物。

 

背景技术

氯酚，如2,4-二氯苯酚（2,4-DCP），2,4,6-三氯苯酚(2,4,6-TCP)是化学工业中的多用途的原材料，并被广泛应用于各种工业生产，如石油，化工，石油化工，煤炭气化和碳化，制药，木材，塑料，纸张，纤维，橡胶，摄影，染料，消毒和农药工业。然而由于氯酚具有较高的毒性，并对各种不同生物过程均有伤害，环境保护组织（EPA）已经把氯酚及其衍生物列为有毒污染物。氯酚在饮用水中具有难闻的气味，甚至水中极少量的氯酚都会对于水生物及人类健康造成严重的伤害。氯酚能够侵害人类的神经中枢，引起不同程度的疼痛，呕吐和其他不良症状。大多数的酚类污染物被认为是人类的致癌物。因此，从水溶液中有效地去除氯酚是环境保护领域的一个重要课题。

各种各样的方法和技术能够用来除去水溶液中的氯酚，吸附是一种既经济又行之有效的方法。最近，多孔聚合吸附剂材料被制备生产，这些材料普遍具有密度低，高孔率，易功能化的特性，并被广泛的应用于除去水溶液中的氯酚。在制备多孔聚合物材料的方法中，悬浮聚合被证明是最简单和有效的方法。悬浮聚合是溶有引发剂的单体以液滴状悬浮于水中进行自由基聚合的方法。悬浮聚合不仅操作简单的优点，并且获得的产物纯度也非常高。除此之外，通过悬浮聚合制备的多孔聚合物微球，作为一种具有特殊表面形态的功能化高聚物材料，具有较大的比表面积及良好的吸附性能等显著的优点。

为了更好地解决从分散溶液中回收吸附剂的困难，人们将注意力集中到磁性纳米材料和传统吸附剂相结合的方向。一系列的由磁性颗粒和无机材料组成的吸附剂被制备并研究，例如，γ-Fe₂O₃和铈原子组成的磁性纳米材料，Fe₂O₃纳米颗粒被应用于多层碳纳米管并合成磁性吸附材料。这种吸附剂借助聚合物层去绑定污染物，而利用聚合物内部的磁性粒子实现高效的磁响应。磁性粒子显示了在分离过程中的优越性能，这种吸附剂非常易于分离，不再需要额外的离心或是过滤。通过悬浮聚合制备的磁性多孔聚合物微球不仅具有较高的比表面积，卓越的吸附性能，而且可以在外界磁场的作用下实现简单的分离。通过悬浮聚合制备的磁性多孔吸附剂在水污染处理领域发挥重要的作用。

 

发明内容

本发明的技术方案指以悬浮聚合方法制备生成苯乙烯-二乙烯基苯（St-DVB）多孔吸附剂，并利用磺酸化方法在其表面修饰生成磁性材料，最终制备获得磁性多孔吸附剂，并应用于在水环境中选择性吸附苯酚类污染物。

技术方案

利用悬浮聚合制备磁性多孔吸附剂的方法，按以下步骤进行：

（1）多孔苯乙基-二乙烯基苯（St-DVB）吸附剂的合成：

将苯乙烯(St)，二乙烯基苯(DVB)，偶氮二异丁腈(AIBN)和环己醇溶于甲苯溶液形成有机相，氯化钠(NaCl)和羟乙基纤维素(HEC)溶于去离子水中形成水相。其中控制St：DVB：AIBN：环己醇：甲苯：NaCl的摩尔质量比为（43-46）：（52-55）：（1.2-1.6）：（60-63）：（39-41）：（25-27），控制HEC与去离子水的比例为0.9-1.1：70-75（g/mL）。在经过充分搅拌后，两相在超声的条件下混合15-30 min形成乳液。将该乳液转移到装有冷凝器和氮气装置的250 ml的三口烧瓶中，在氮气的保护下搅拌1-2 h，之后温度从室温升高到70 ℃。反应在800 rpm/min的高速搅拌条件下持续反应24 h。最终，获得多孔St-DVB微球，通过高速离心进行分离。

（2）利用浓硫酸对多孔St-DVB纳米粒子进行表面修饰：

将步骤（1）中制备所得的多孔St-DVB微球与浓H₂SO₄在50 ml烧瓶中混合，控制多孔St-DVB微球与浓H₂SO₄的质量比为2：25，在50 ℃下以 600 rmp/min的速度搅拌5-6 h，制得黄色的粘稠状液体，用丙酮沉淀和洗涤，得到磺化聚苯乙烯微球。