[发明专利]偕胺肟基修饰的对位芳纶吸附材料的制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明涉及吸附材料的制备领域，尤其涉及一种具有偕胺肟基修饰的对位芳纶吸附材料及其在金属离子吸附中的应用。

背景技术

芳纶(PPTA)是一种新型的合成聚合物材料，由于其高性能，已被广泛的用在电缆、绝缘纸、头盔、防弹衣、飞机的外壳等方面。随着芳纶制品生产规模、需求不断扩大，废弃量也随之剧增。耐高温、耐化学腐蚀的稳定性致其不能采用重新加热熔融的方法将其再生利用。靠传统的填埋或焚烧处理已不能满足可持续发展要求，随着世界各国对废弃物资源化利用率要求越来越高，研发环境友好、经济可行的废弃芳纶材料的综合利用技术势在必行，无论从资源循环利用还是环境保护角度看，都具有十分重要的意义。

近年来，一些研究者在不遗佘力的研究废弃芳纶材料的重新利用。例如，研究者们热解掉PPTA得到碳材料，这些碳材料可以作为Li蓄电池的阳极材料。据报道，在碳化的过程中，碳的产率只有40％，大部分的PPTA生成小分子热解产物，例如，一氧化碳、氰化氢、甲苯等，这将会对环境造成二次污染。还有一些研究者制备了磺化的PPTA，作为燃料电池膜，尽管这个材料展现出潜在的质子导电性以及可在燃料电池的条件下使用等优点，但由于质子传输过程中一些限制导致其性能较差。因此，这些技术的应用在一定程度上受到了限制。

PPTA分子链中的酰胺基团可以螯合金属离子。但是，酰胺键对金属离子的螯合性能较差。先前的研究中，通过在对位芳纶的表面引入硝基和氨基得到具有吸附性能的材料，研究了其对Hg²⁺，Cu²⁺，Pb²⁺的吸附性能，结果表明尽管改性后的PPTA对金属离子的吸附性能较未改性的纤维有所增加，但吸附容量仍然较小，其实际应用受到很大限制。

偕胺肟基团由于具有酸、碱两性，对许多金属离子具有较强的螯合能力，因此，近年来以偕胺肟基为功能基的新型吸附材料被用于废水中有毒金属离子的脱除、贵金属离子的回收，及海水中放射性元素的提取等领域。其中，以对废水中有毒金属离子的处理方面研究最为广泛。

发明内容

鉴于现有技术所存在的吸附量小的问题，本发明提供一种偕胺肟基修饰的对位芳纶吸附材料的制备方法，本发明制备的偕胺肟基修饰的对位芳纶吸附材料具有制备简单、高效等优点，对水中的重金属离子表现出较好的吸附性能等优点。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

偕胺肟基修饰的对位芳纶吸附材料的制备方法，包括以下步骤：

1)依次用甲苯、丙酮、去离子水对对位芳纶粉料分别进行清洗，干燥，得到预处理的对位芳纶粉料；

2)在氮气保护下将脱质子化试剂和无水二甲基亚砜按照摩尔比1∶125混合均匀，搅拌，加热反应，降温，得到混合溶液；

3)向经过步骤2)得到的混合溶液中分多次缓慢加入步骤1)得到的对位芳纶粉料，所述芳纶粉料中的酰胺键与脱质子化试剂的摩尔比为1∶1，加热，得到橙红色溶液；升温，向所述橙红色溶液中缓慢滴入重蒸的丙烯腈，所述芳纶粉料中的酰胺键与丙烯腈的摩尔比为1∶10至1∶50，保温反应，得到紫红色溶液；

4)将步骤3)得到的紫红色溶液加入到500-800mL 0.1mol/L稀盐酸沉出，将获得的沉出物真空干燥，利用丙酮抽提，得到丙烯腈改性的对位芳纶(PPTA-AN)，干燥；将干燥后的PPTA-AN与盐酸羟胺按照质量比2∶1.2至2∶7混合均匀，将得到的混合物加入到甲醇中，搅拌，保温，得到反应混合物；

5)向步骤4)得到的反应混合物中加入氢氧化钠溶液，调节pH，加热；除去反应体系中的溶剂和多余液体(如利用过滤除去反应体系中的溶剂和多余液体)，得到固体产物，将固体产物抽提、干燥，得到偕胺肟基修饰的对位芳纶吸附材料(PPTA-AO)。

进一步，所述脱质子化试剂为氢化钠。

进一步，步骤2)中，所述加热反应条件为70℃反应40-60min，所述降温降至30℃。

进一步步骤3)中，加热至25-40℃，保持25-40℃条件下反应16-72h，得到橙红色溶液；将温度升到50℃，向所述橙红色溶液中缓慢滴入重蒸的丙烯腈，50℃条件下反应16h，得到紫红色溶液。

进一步，步骤4)中，所述保温反应条件为温度保持在70℃回流2h。

进一步，步骤5)中，所述pH值为8-9，所述加热温度为70℃，加热时间为24h。

本发明的有益效果是：