[发明专利]一种磁性聚合物染料吸附剂的制备方法

说明书

本发明涉及一种磁性聚合物染料吸附剂的制备方法，采用改良化学共沉淀法制备磁性纳米粒子，然后分别用γ‑氯丙基三甲氧基硅烷和聚乙烯亚胺对其进行表面改性，得到聚乙烯亚胺改性磁性纳米粒子，最后将聚乙烯亚胺改性磁性纳米粒子和功能性单体进行共聚，制备具有多层级交联结构和多种吸附基团的磁性聚合物染料吸附剂，饱和磁化强度为3.5～15.5 emu/g，剩磁和矫顽力均趋于零，具有顺磁性和磁响应性，对于初始浓度为100～1000mg/L染料水溶液，染料吸附容量达到50～600mg/g，60～150min达到吸附平衡，再生循环利用5次后的染料吸附容量超过第一次吸附容量的90%，可广泛应用于染料吸附分离以及染料废水污染治理等。

一、技术领域

本发明涉及一种磁性聚合物染料吸附剂的制备方法，本发明制备的磁性聚合物染料吸附剂适用于染料的吸附分离，可广泛应用于染料吸附、染料分离提纯以及染料环境污染治理等。

二、背景技术

染料废水主要来源于染料及染料中间体生产行业和纺织，皮革，造纸，橡胶，塑料，化妆品，制药和食品等不同行业，具有组成复杂、水量和水质变化大、色度高、COD和BOD浓度高、悬浮物多、难生物降解物质多等特点，是较难处理的工业废水之一。另外，染料废水不仅有明显的色度，影响感官，并且废水中含对水体或人体有毒有害的污染物，染料废水若不经过处理直接排放，会引起水体生态环境的破坏，有毒有害物进入食物链，会影响人体的健康，因此环保高效处理染料废水已成为当今社会亟需解决的问题。

目前处理染料废水的方法主要有化学、生物、物理法等。沉淀絮凝法操作简单，成本低，但产生的大量污泥增加运营成本。电解法处理废水时消耗电和金属电极量大。光催化氧化只对低浓度染料废水效果好。生物法选择性较单一、且微生物对环境敏感。吸附法操作简单，成本低、效果好，吸附剂易于回收利用。常用的吸附剂有活性炭、矿物、树脂类吸附剂等。活性炭吸附力强，去除率高，但成本高，一般只用于浓度较低的印染废水处理或深度处理。矿物包括天然沸石、膨润土等，其离子交换能力和吸附性能较好，但活性低，再生困难。而树脂类吸附剂处理效率高，可在一定条件下再生，再生后仍可保持高效，适用于染料废水的处理。

传统的吸附剂如离子交换树脂、吸附树脂、炭质类吸附剂以及天然介孔矿物材料等，这些吸附材料吸附染料后只能通过离心、过滤、沉淀等传统方法分离，不但费时费力而且不节能环保，易破坏吸附材料的结构，对于吸附材料的再生利用带来影响。近年来，纳米材料和纳米技术的出现极大促进了染料处理技术的进步和发展，磁性纳米材料因其自身特有的大比表面积、丰富的活性点及高磁性等优点在染料吸附及去除领域展现出巨大的应用潜力。磁性纳米吸附剂可以吸附水体中的染料污染物，吸附完成后，在外部磁场的作用下通过磁性分离，实现吸附剂和母液的快速有效分离，并且成本低，操作简单，较好地解决了常规吸附剂固液分离难和回收分离难的问题。

Li等利用原位共沉淀法合成磁性聚(丙烯酸-丙烯酰胺-甲基丙烯酸丁酯)水凝胶，对阳离子染料结晶紫和碱性品红具有较好的吸附去除性能。Xu等采用溶剂热法合成氨基改性磁性纳米粒子，然后加入聚丙烯酸与氨基改性磁性纳米粒子进行化学接枝制备磁性聚合物吸附剂，对罗丹明R6G的吸附速率快，吸附容量55.8mg/g。He等首先合成超支化聚甘油包覆磁性Fe3O4纳米粒子，然后加入琥珀酰酐得到羧基化改性超支化包覆磁性Fe3O4纳米粒子，对阳离子染料吸附效率高、吸附速率快、可重复性好。Zhou等首先制备具有核壳结构的Fe3O4/SiO2纳米粒子，然后加入超支化聚合物进行表面改性，最后加入琥珀酰酐得到羧基化改性超支化包覆磁性Fe3O4/SiO2纳米粒子，罗丹明R6G和结晶紫吸附容量分别达到0.37mmol/g和0.60mmol/g。Chen等采用溶剂热法合成氨基改性Fe3O4纳米粒子，然后加入交联剂戊二醛和聚乙烯亚胺，生成具有三维网络结构的磁性聚乙烯亚胺吸附剂，酸性媒茜素红、甲基橙、亚甲基蓝、日落黄、核固红和茜素绿的吸附容量分别为145.7mg/g、127.5mg/g、137.0mg/g、118.3mg/g和126.8mg/g。