[发明专利]一种带正电聚苯乙烯微球及其制备方法和应用

说明书

本发明属高分子聚合物领域，主要涉及一种带正电聚苯乙烯微球及其制备方法和应用。发明采用分散聚合法，以苯乙烯为单体聚合制备聚苯乙烯微球，通过用浓硫酸和浓硝酸配制的混酸硝化，在聚苯乙烯微球的苯环上接上硝基；再在无水乙醇体系中，用硼氢化钠作为还原剂将硝基还原成氨基；然后使氨基和缩水甘油基三甲基氯化铵反应，在氨基上接上正电试剂，将正电荷引入至聚苯乙烯微球表面，通过带电粒子之间的吸引力，使水中低浓度的带负电污染物被吸附到微球表面，再通过高速离心或过滤分离微球，以达到净化处理水的目的。本发明制备的微米级聚苯乙烯微球可以用氢氧化钠洗涤脱附，实现微球的重复利用。

技术领域

本发明属于高分子聚合物领域，具体涉及一种带正电聚苯乙烯微球及其制备方法和应用。

背景技术

在众多高分子材料中，聚苯乙烯微球因其刚性大、机械强度高、耐酸碱、化学性质稳定等特点而备受关注。其中其原料苯乙烯资源丰富、价格低廉，而且聚苯乙烯微球具有比表面积大、粒径大小均一且可控等性质。聚苯乙烯微球的制备方法一般分为乳液聚合法、分散聚合法、种子聚合法。其中乳液聚合法制备的聚苯乙烯微球粒径较小，一般为纳米级，在进行功能改性时相对较难；种子聚合法制备聚苯乙烯微球步骤繁琐，需要进行二次溶胀制备，不过该法制备的聚苯乙烯微球粒径分布广泛；分散聚合法制备步骤简单，制备的聚苯乙烯微球粒径也可达到微米级，功能化改性也相对简单。由于聚苯乙烯微球表面没有功能性基团，疏水性太强，很难与其它物质兼容，限制了聚苯乙烯微球在其他方面的应用。目前聚苯乙烯微球的功能化主要有三种方法：一是利用苯乙烯的苯环；二是利用苯乙烯微球残余的悬挂乙烯双键；三是利用带有特定官能团的单体共聚。通过对聚苯乙烯微球的功能化改性可增强其与生物活性物质如酶、蛋白质的固定化或者对重金属离子的吸附处理。

目前，饮用水中的重金属，主要通过毫米级别的活性碳、离子交换树脂等方法进行处理，存在吸附速度慢，交换容量小，效果有限等问题，并不适用大规模的水处理。并且目前大部分吸附手段主要针对重金属的阳离子进行吸附，如Pb²⁺、Cu²⁺、Zn²⁺等离子，但是对于某些重金属的酸根，如Cr₂O₇^2-、CrO₄^-、MnO₄^-，以及某些造成水体富营养化的污染物如H₂PO₄^-、HPO₄^2-、PO₄^3-等阴离子，还有某些污染水体的带负电的染料，如刚果红，目前的大部分吸附手段都无能为力，不能选择性吸附水中带负电的阴离子，净水效果不够优良。

发明内容

为了解决现有技术的缺点和不足之处，本发明首要目的为提供一种带正电聚苯乙烯微球。

本发明的另一目的为提供上述带正电荷聚苯乙烯微球的制备方法。

本发明的再一目的为提供上述带正电荷聚苯乙烯微球的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种带正电聚苯乙烯微球的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)聚苯乙烯微球的制备：将分散剂加入到无水乙醇中，超声分散，搅拌并充保护气体排除反应体系中的空气，升温至70～78℃，然后加入苯乙烯单体以及引发剂，在搅拌速率300～600rpm条件下反应16～24h，将产物离心洗涤、真空烘干，所得产物记作PS微球；

(2)硝基聚苯乙烯微球的制备：将步骤(1)制得的PS微球加入到浓硫酸和浓硝酸组成的混酸中，超声分散，在45～65℃条件下搅拌均匀并反应3～6h，将反应后的混合液用去离子水稀释，过滤洗净烘干，所得产物记作PS-NO₂微球；