[发明专利]聚合物掺杂纳米SiO2

说明书

本发明涉及一种聚合物掺杂纳米SiO₂吸油凝胶树脂及其制备方法和应用，通过将苯乙烯、功能单体和偶联剂按照质量比配制成混合溶液，再将纳米SiO₂加入混和溶液搅拌均匀；经复配乳化剂水溶液在高速剪切下分散乳化，形成稳定的乳化液；经引发剂引发苯乙烯进行原位乳液聚合，制备了稳定的、单分散的聚苯乙烯掺杂纳米SiO₂乳液；该乳液经破乳、分离、干燥、粉碎，即得聚合物掺杂纳米二氧化硅凝胶树脂。制得的凝胶树脂用作芳香烃及其衍生物或芳香烃硝基化物的废水处理剂，或者含有芳香烃类的油品的废水处理剂，其吸油量大，且容易实现油水分离。

技术领域

本发明涉及吸油树脂的制备方法，尤其涉及聚合物掺杂纳米SiO₂吸油凝胶树脂及其制备方法和应用。

背景技术

在石油化工领域，如苯、甲苯、二甲苯等芳香烃及其衍生物或硝化物，或者含有芳香烃类的油品等，具有极强的渗透性，一旦泄漏或者排放不达标，就会对土壤和水体造成严重污染，后处理非常困难，污染物致癌、致畸和致突变，对人类和生态环境造成危害。

常见的氧化法、生物降解法、活性炭吸附法对处理这类污染物有一定效果，但是存在处理周期长，化学处理剂会造成二次污染，对除去痕量芳香烃化合物很不理想。也有采用大孔吸附树脂处理这类污染物的方法，但是，大孔吸附树脂吸附量不高，并且要防止树脂脱水或受冻而被破坏，使用前需进行预处理，实际应用时还存在树脂装柱运行有堵塞发生等不利因素。

虽然纳米SiO₂在高分子杂化材料领域有着广泛的应用，但由于纳米SiO₂的粒径小、比表面积大、表面羟基含量高，使其极易团聚。为了改善团聚问题，通常需要对纳米SiO₂进行表面处理，表面处理方法主要有两类：一类采用如偶联剂、有机溶剂等有机小分子对其进行表面处理。直接偶联剂官能化处理纳米SiO₂，俗称干法处理纳米二氧化硅，方法虽简单，但是偶联剂处理纳米SiO₂会导致纳米SiO₂团聚，并且此法处理SiO₂表面不均匀。溶剂稀释硅烷偶联剂后湿法处理 SiO₂，俗称湿法，存在溶剂挥发导致VOC排放的环境污染问题，而且会导致纳米SiO₂难以分散，存在大量团聚的纳米SiO₂粒子，体系为非稳定的分散体。另一类通过高分子包覆SiO₂粒子表面处理。通过高分子包覆粒子表面处理，实现了纳米SiO₂表面的高分子包覆改性。该工艺首先采用偶联剂对纳米SiO₂表面干法处理或湿法处理，再采用乳液聚合法或悬浮聚合法制备，粒子微观结构是纳米 SiO₂为核，表面为聚合物包覆的核壳粒子。其应用主要作为刚性粒子用于聚合物增强改性。

以偶联剂干法处理或者有机溶剂湿法处理二氧化硅，存在处理不均、交联团聚、溶剂排放或难于回收的问题；聚苯乙烯包覆纳米SiO₂制得的是纳米SiO₂/聚苯乙烯核壳粒子，二氧化硅表面被聚苯乙烯包覆，粒子表面呈现聚苯乙烯非极性特征。这种憎水性微粒难以与水发生作用，难以实现废水中的痕量芳香烃等化合物吸收，而且从水中分离这些憎水性小颗粒粒子困难，会导致水体二次污染问题。

中国专利(申请号：201310000491.5)公开了一种二氧化硅负载多胺水处理剂、制备方法及其应用，该申请将多胺负载到二氧化硅上，有利于快速从水中捕捉污染物，同时又能方便地从水中分离出来。该专利利用高表面积的宏观尺寸的多孔二氧化硅颗粒，协同负载多胺制备水处理剂，但该材料中二氧化硅只起到吸附载体的作用，且主要针对亲水的芳香染料。

中国专利(申请号：201310442823.5)公开了一种水溶性聚苯乙烯-二氧化硅核壳型复合颗粒的制备方法，该申请使用硅酸水解法，制备了聚苯乙烯-二氧化硅核壳型复合颗粒，避免了包裹氧化硅外壳时正硅酸乙酯TEOS的使用，该申请制备的聚苯乙烯-二氧化硅核壳型复合颗粒不是将二氧化硅作为掺杂元素，且其是应用于机械抛光液。