[发明专利]一种智能温度响应吸附剂、制备方法及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种智能温度响应吸附剂、制备方法及其应用，属于化工分离技术领域。

背景技术

现有的吸附剂主要分为微孔吸附剂和介孔吸附剂，微孔吸附剂主要包括碳分子筛、活性炭、石墨纳米纤维等。虽然微孔吸附剂选择性高，但是不可避免的存在一些不足，比如微孔吸附量低，微孔太多使孔的利用率太低，不能有效地吸附大分子。而介孔吸附剂虽然弥补了微孔吸附剂的不足，但是较大的孔径使得介孔吸附剂的选择性降低。

无机-有机复合材料可以将无机、有机两种截然不同的性质结合在一起，引起了科学家们的广泛兴趣。介孔分子筛作为一种孔道有序的无机固体材料，可通过有机基团功能化形成无机-有机复合材料，在催化剂、传感器、选择性吸附剂、纳米材料的构筑等方面有广阔的应用前景。

温度响应性吸附剂是选择具有均一孔道的介孔二氧化硅纳米材料作为载体，利用具有温度响应性的分子聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAM)作为“阀门分子”来控制吸附剂的孔道的开闭，这样同时克服了微孔材料吸附量小以及介孔材料选择性低的问题。

聚(N-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAAM)作为一种具有温度响应性分子，在智能温度响应材料的研究中具有重要作用。利用温度响应性分子PNIPAAM在水溶液中与氢键的作用能够实现温度响应性，当温度高于其低临界溶液温度(LCST)(约32℃)时，PNIPAAM和水分子之间的氢键被破坏呈现疏水性，PNIPAAM分子收缩；当温度低于LCST时，温度响应性分子PNIPAAM和水分子之间产生氢键作用，表现为亲水性，PNIPAAM分子链伸展。如果将温度响应性分子引入到介孔载体上，构筑一种“分子阀门”系统，能够实现对吸附剂孔口直径的调节，可以得到一种新型的具有温度响应性的吸附剂。此温度响应性吸附剂不仅克服了微孔吸附剂吸附量低、孔利用率低的不足，又避免了介孔吸附剂选择性相对较差的缺点。同时，通过合成方法把温度响应性分子引入到介孔二氧化硅纳米材料的孔口位置，能够实现溶液中不同温度下吸附剂的孔径调节，实现对不同尺寸吸附质的选择性吸附。现有技术中还没有关于孔径可调的温度响应吸附剂的制备以及应用方面的公开说明。

发明内容

本发明目的在于针对传统吸附剂的不足，提出一种智能温度响应吸附剂，该吸附剂能够智能调节孔口的开闭，改变平衡吸附量，同时具有很好的吸附选择性。

本发明的另一个目的是提供上述吸附剂的制备方法。

本发明的再一目的是提供上述吸附剂对不同直径大小的染料选择性吸附的方法。

本发明的目的是通过以下方案实现的：

本发明的智能温度响应吸附剂，是介孔氧化硅分子筛孔口位置接枝有温度响应性分子的复合材料，该温度响应性分子将至少包含N-异丙基丙烯酰胺(简称NIPAAM)所形成的聚合物。

本发明的智能温度响应吸附剂，其进一步的技术方案是所述的介孔氧化硅分子筛为MCM-41、MCM-48、SBA-3、SBA-15、FDU-5、KIT-6介孔分子筛以及该类介孔分子筛的同构体；所述的温度响应性分子的接枝量为10％～40％。

本发明的智能温度响应吸附剂，其进一步的技术方案还可以是所述的MCM-41、MCM-48、SBA-3、SBA-15、FDU-5、KIT-6介孔分子筛以及该类介孔分子筛的同构体是通过硅源正硅酸四乙酯(简称TEOS)水解，并分别以表面活性剂十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)或P123(简称EO₂₀PO₇₀EO₂₀)为模板剂合成的介孔硅基材料，其模板剂是在酸醇的环境下萃取去除。

本发明上述智能温度响应吸附剂的制备方法，其包括以下步骤：先采用原位合成法合成吸附剂载体，后修饰法对吸附载体的孔口进行修饰，再利用后嫁接法接枝温度响应性分子。

本发明的智能温度响应吸附剂的制备方法，其进一步的技术方案是包括以下步骤：