[发明专利]一种高表面积多孔吸附材料及其制备方法和应用

说明书

技术领域

本发明属于吸附功能材料和水净化领域，具体涉及一种高表面积多孔吸附材料及其制备方法和应用。

背景技术

据统计，全世界有12亿人缺乏安全水，每天有约有3900儿童死于由水和人体排出物传播的疾病，更多的人正在遭受水基污染物的危害。未来，随着北极冰川的消退，可能导致亚洲的几条重要河流流量减少，15亿人将因此受影响。同时，工业化、城市化和人口增长将加剧清洁水的紧张。开发水净化技术势在必行，特别是低投入、低运行成本、易推广的水处理技术。

水污染物的种类很多，这些污染物通过饮水和食物链传递给人类。有机污染物是其中重要一类。这些污染物经生态循环和代谢中间物进入人体。各种药物、抗生素、激素等通过人畜尿液进入水体，微量存在即可发挥其生理调节作用；各种化学合成品如表面活性剂，它一般并不直接体现明显毒性，但间接发挥不利作用。表面活性剂通过厨卫洗涤等在城市污水中广泛存在，达到一定浓度后使水体富营养化，并可增溶毒性物。有机染料，少量染料就足以充分吸收阳光，导致水体缺氧和水生动植物的死亡和水体生态环境的破坏。某些染料如苯胺类具有明显的致癌性。

这些污染物性质迥异，有的亲油，有的亲水；有的阳离子性，有的阴离子性。要高效清除各种污染物，必须根据明确的超分子作用基础来裁制合成各种吸附剂，但这常导致高成本的水处理。常规吸附剂如活性炭具有较为广泛的吸附性，但残留浓度偏高，不满足高质量的饮用水要求。其他方法多数属于化学密集和能源密集技术，可持续性不佳，且每种方法都有缺点。氧化法和还原法都可能产生新的有毒物，如氧化法可使无毒的溴负离子转变为有毒的溴酸根负离子。同生物法一样，化学法难以处理痕量污染物。

水处理吸附材料既需要微观特定结构，还需要具有宏观尺寸。现在已有许多纳米材料能高效捕捉污染源，但由于尺寸太小，难以有效分离，因此尚不具备实用意义。为了便于分离，宏观多孔材料成了目前看来比较理想的选择。多孔高表面聚合物材料早在1960年代就通过高内相乳化(high internal phase emulsion：HIPE)聚合法获得，具有轻质、开孔和高表面特性，且合成方法简便实用的优点。但通常需要在大量表面活性剂存在下才能合成，这些表面活性剂的使用不仅增加了成本，还需要采用后处理去除。另外，该法制得的材料尚须进一步进行表面化学功能化才能作为功能材料。后来发现某些固体无机粒子如二氧化硅、二氧化钛等，较少的用量就足以代替乳化剂进行HIPE，或者利用两嵌段的两亲性聚合物代替表面活性剂，同样可以获得高表面多孔材料。其特点是无需进行表面活性剂的清除，但这些稳定剂本身通常并不发挥吸附功能，特别是针对水中污染物而言。

传统的HIPE方法采用三步法来获得多孔吸附材料：(1)表面活性剂辅助HIPE，(2)洗涤除去表面活性剂，(3)表面官能化。这样的多步物理化学过程导致高成本，且第三步的实现往往不理想。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种高表面积多孔吸附材料及其制备方法和应用。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明第一方面提供一种高表面积多孔吸附材料。

本发明的高表面积多孔吸附材料为油相与8～9倍体积油相的水搅拌后，孵化并洗涤所得的多孔固体；其中油相由以下成分混合形成：PEI两亲体1-10份、烯烃/二烯烃30-70份、致孔剂10-30份、自由基引发剂1份。该高表面积多孔吸附材料具有吸附功能的PEI两亲体均匀而有序地排布在多孔基材表面，且多孔吸附材料以毫米级以上尺寸存在。

所述的PEI两亲体由PEI(聚乙撑亚胺)和端基带环氧基的环氧化合物反应合成而得，其中PEI所占的质量分数为0.08～40％，优选为PEI所占的质量分数为1～25％。体现为合成条件中PEI和端基带环氧基的环氧化合物的投料量满足：端基带环氧基的环氧化合物与PEI的氨基氢摩尔比大0.05，特别是大于0.1。

所述的PEI的分子量在800以上，且为线性或支化结构，优选是支化结构。

所述的端基带环氧基的环氧化合物选自下面化合物中的任选一种或几种共用：

上面1～4式中，n＞9，优选为n＞16。

所述的烯烃/二烯烃由单烯烃与二烯烃混合而成，且单烯烃/二烯烃＝2∶8～9∶1。

所述的致孔剂选自甲苯或2-氯乙基苯，所述的自由基引发剂选自偶氮二异丁腈。

本发明第二方面提供上述高表面积多孔吸附材料的制备方法。