[发明专利]一种聚乙烯醇基多孔吸附材料及其制备方法

说明书

本发明涉及高分子合成技术领域，尤其涉及一种聚乙烯醇基多孔吸附材料及其制备方法。所述制备方法包括：A)在催化剂的作用下，将含有羟基的聚合物泡沫材料与功能化改性剂在溶剂中进行反应，得到改性后的聚合物泡沫材料；所述含有羟基的聚合物泡沫材料包括含羧基的聚乙烯醇基泡沫材料、含磺酸基的聚乙烯醇基泡沫材料和聚乙烯醇泡沫材料中的一种或几种；所述功能化改性剂包括氯乙酰氯、溴丁酰溴、氯丙酰氯、氯丁酰氯或环氧氯丙烷；B)将所述改性后的聚合物泡沫材料与含有氨基的大分子物质的溶液进行反应，得到聚乙烯醇基多孔吸附材料。本发明制备的聚乙烯醇基多孔吸附材料对重金属离子有较优吸附性能，同时，制备工艺简单。

技术领域

本发明涉及高分子合成技术领域，尤其涉及一种聚乙烯醇基多孔吸附材料及其制备方法。

背景技术

随着经济的快速发展，冶炼、电解电镀、涂料、染料、制药等行业每年都要排放大量含重金属离子的工业废水，这些重金属通过土壤、水、空气，尤其是食物链，对人类的健康产生严重危害。同时，重金属离子不容易被分解和破坏，一旦排入环境中将造成不可逆的危害。因此，如何去除水中重金属离子一直是个热点问题。

与目前诸多方法相比较，采用吸附剂处理水体中这类污染物具有方便、高效、易于操作等优势。吸附剂的溶解性能、在不同酸碱度时的稳定性和自身饱和吸附量等均是实际应用中的限制因素。从广义上来讲，一切固体物质都有吸附作用，但实际上只有具有很大比表面积并且具有相应活性官能团的多孔材料才有明显的吸附作用。吸附材料的表面活性官能团常见的为：羧基、磺酸基、羟基、氨基、巯基等。羧基、巯基和磺酸基通常以离子交换吸附重金属阳离子；氨基既可以通过络合作用吸附重金属阳离子，也可以通过氨基质子化即静电作用吸附重金属阴离子；季铵盐基团通过阴离子交换吸附重金属阴离子。而多孔类吸附材料主要有黏土、沸石等地质类材料，聚乙烯基树脂和硅胶基树脂等合成类材料以及木质素、壳聚糖类生物质材料。

中国专利CN 100537021公开的一种氨化菌丝体吸附剂的制备方法，该发明将含有大量氨基的大分子聚合物通过化学反应嫁接到菌丝体表面，大大地提高了吸附剂表面的氨基密度，该吸附剂主要吸附去除水中阴离子有机污染物。在测试浓度下，pH＝6时，12h后五氯酚钠的最大吸附量为347mg/g,全氟辛酸磺酸钾的吸附量可达1034mg/g。但是，由于菌丝体体积小，在实际应用中不便于回收。

Pan等人在酸性条件下，将丙烯酸和丙烯酸衍生物单体在引发剂的存在下与聚乙烯醇缩甲醛多孔材料进行接枝反应，得到含有羧基的PVF高吸水泡沫，并研究了其在重金属阳离子吸附方面的性质(J.Mater.Chem.A,2016,4,2537)。改性后的泡沫在pH＝5.11，常温下测试在重金属离子水溶液中对Cu²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺的最大吸附量，可分别达2.50、3.20and3.15mmol/g。中国专利CN105754137公开的在1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐(EDC)和N-羟基琥珀酰亚胺(NHS)缩合催化剂作用下，用PEI和羧基修饰明胶海绵制备出PEI接枝明胶海绵,所制备的PEI接枝明胶海绵对重金属离子的吸附容量高，制备的PEI接枝明胶海绵应用于污水浇灌种植大蒜实验中重金属的吸附去除，通过ICP-MS重金属分析，发现土壤中固定浓度的重金属去除率最高可达到93.2％，并保留了明胶海绵的吸水性能。然而，这两种方案的工艺步骤均很复杂，产物中引发剂难以除净，而且成本较高。

中国专利CN 103464124，公开的一种海绵状应急吸附材料，以聚乙烯醇海绵为骨架，通过接枝聚丙烯酸类材料和胺衍生物的亲核取代反应，制得含有异羟肟酸结构的海绵状应急吸附材料聚乙烯醇发泡材料，能够快速、高效的去除水中重金属离子。在一定的测试条件下，对Cu²⁺，Ni²⁺，Pb²⁺饱和吸附量分别为90mg/g、103mg/g和346mg/g。然而，聚乙烯醇海绵骨架接枝过程中受骨架本身体型材料的影响，会出现材料表面和内部接枝率分布不均匀，而且后期亲核取代后，从电镜图片中看出，产物的孔径尺寸和孔隙率大幅降低，均会影响吸附效果，材料整体内外的吸附量差异较大。