[发明专利]一种亲水纤维-水凝胶复合型阴离子交换树脂及其制备方法

说明书

本发明公开了一种亲水纤维‑水凝胶复合型阴离子交换树脂及其制备方法，其是在多胺缩聚水凝胶的聚合过程中加入碱处理的亲水性纤维，通过凝胶预聚物与纤维表面基团间的缩合反应和静电吸附作用，制得所述亲水纤维‑水凝胶复合型阴离子交换树脂。本发明可在保留良好交换吸附能力和较高水通量的同时，显著提高复合阴离子交换树脂的交换吸附效率和力学性能，使之能更好地满足实际应用需要。

技术领域

本发明属于离子交换树脂制备领域，具体涉及一种亲水纤维-水凝胶复合型阴离子交换树脂及其制备方法。

背景技术

离子交换树脂是一种具有交联结构的功能性高分子材料，根据树脂中化学活性基团的种类可分为阳离子树脂和阴离子树脂两大类。阴离子交换树脂的分子结构中含有带正电的胺基或季铵基，因此可与水中的阴离子化合物交换吸附，产生离子交换作用。目前常见的阴离子交换树脂制备方法一般是以苯乙烯或丙烯酸（酯）为单体，通过自由基共聚并交联生成具有三维网状结构的球形树脂，再进行氯甲基化反应和胺基化反应，最终得到带胺基或季铵基的阴离子交换树脂。以上方法制备的传统阴离子交换树脂具有操作工艺成熟、易于吸附和洗脱再生等优点，球形外观也使其具备了良好的水力学特征。然而这类阴离子交换树脂分子结构固定，一般只带有胺基或季铵基等阳离子基团，仅靠静电效应与水中阴离子相互作用，因此对有机阴离子化合物的交换吸附能力较弱，同时也无法针对特定种类的化合物进行高效的选择性交换吸附。

对此，申请人在前期研究中提供了一种以丙酮、醛、胺等为原料，采用分步溶液缩聚法制备的带有多胺基的离子型水凝胶材料（中国专利CN 103962111A）。这种离子型水凝胶材料具有丰富多样的极性官能团、很高的阳离子度和可控的分子基团结构，对合成染料、表面活性剂、有机磷酸酯盐等多种水溶性有机阴离子化合物均有很强的交换吸附能力；通过改变单体配方和基团种类，还可实现对特定结构阴离子化合物的优先选择吸附，因此，相较于传统的苯乙烯型阴离子交换树脂，以此多胺缩聚离子型水凝胶材料为基体制备的新型阴离子交换树脂具有更大的交换容量和更广的适用范围。

然而，发明人在进一步的应用研究中发现，这种阴离子交换树脂的交换吸附过程主要受凝胶内的渗透扩散行为控制。凝胶在水中溶胀后，阴离子化合物逐渐渗透进入凝胶内部，这使凝胶内部的活性吸附点都能参与交换吸附，因此其交换容量明显高于传统阴离子交换树脂；但与此同时，水凝胶的渗透扩散行为也导致阴离子交换树脂的吸附和洗脱再生速率较低，进而影响固定床离子交换器的工作效率，还使其大交换容量的优势无法充分发挥。

为提高水凝胶型离子交换树脂的交换和洗脱效率，可采用的应对方法主要有两种，一是将凝胶磨成细粉或制成微米-纳米尺度的微球。这样虽可提升凝胶的渗透扩散速率，但粉末形态的产品在离子交换操作过程中容易流失，而且紧密堆积时还会导致离子交换柱阻塞，水通量减小，因此难以适应规模化应用要求。另一解决方法是利用致孔剂在球形的凝胶交换树脂内部引入孔隙结构、增大比表面积，这样可在提高渗透扩散速率的同时保持较高的水通量。然而与通过自由基聚合制备的传统离子交换树脂相比，缩聚反应制备的水凝胶交换树脂脆性大、韧性低，而孔隙结构的引入会进一步降低凝胶树脂的机械强度，导致其在填充离子交换柱时极易受压破损。因此，现有多胺缩聚水凝胶阴离子交换树脂虽具有良好的交换吸附能力，但在实际应用中还存在的离子交换水通量、交换吸附和洗脱再生效率、材料力学性能三者难以兼顾的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种亲水纤维-水凝胶复合型阴离子交换树脂及其制备方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种亲水纤维-水凝胶复合型阴离子交换树脂，其制备方法包括以下步骤：

（1）将亲水性纤维于质量浓度1%的氢氧化钠溶液中浸泡30min，随后加热至70℃，搅拌反应1h，抽滤后水洗至中性，烘干，得到碱处理的亲水性纤维；