[发明专利]处理重金属水污染的易脱附再生开链葫芦脲基材料及制法

说明书

本发明涉及一种处理重金属水污染的易脱附再生开链葫芦脲基材料及制法，先以聚乙烯醇和二醛为主要原料静电纺丝，然后在强酸甲醇溶液中交联成膜；再将开链葫芦脲接枝修饰到纳米纤维膜表面，其中开链葫芦脲为脲基重复单位为2的结构。采用本发明的方法制得的开链葫芦脲基材料力学性能良好，拉伸强度为50～80MPa，弹性模量为2000～3000MPa；材料对常见重金属离子Cu²⁺、Hg²⁺、Pb²⁺、Ni²⁺具有高吸附性，最大吸附率达95％以上；材料具有易脱附再生性，经过甲醇和水洗涤即能完成脱附，并且在5次吸附‑脱附循环后吸附率仍在85％以上。本发明的制备方法高效实用；采用本发明方法制得的材料具有良好的力学性能、高吸附性和易于脱附再生。

技术领域

本发明属重金属水污染处理技术领域，涉及一种处理重金属水污染的易脱附再生开链葫芦脲基材料及制法。

背景技术

水是生命之源，与人类生活息息相关。一方面，我国淡水资源分布不平衡，有近45％的国土处于水资源分布相当稀缺的情况；另一方面，我国人口众多、对水资源的需求量大，人均占有量不足世界平均水平的1/4。上述情况使得水资源短缺问题日益加重。更为严重的是，伴随工业现代化的不断发展，大量污染物被排放到环境中，水体受到了严重污染，其中，重金属是最危险的污染物之一，其致癌性高，严重威胁人类健康。

由此，针对重金属污染废水处理展开相应研究受到越来越广泛的关注。目前最常用的处理方法有电解法、上浮法、离子浮选法、离子交换、膜分离法和吸附法，其中吸附法由于制备简单、成本低、材料来源广等优点而被广泛应用，制备成本低廉、吸附性能良好的吸附材料也一直是人们研究的热点。常见的吸附剂包括高岭土、活性炭、吸水树脂、水凝胶、纳米纤维膜等。纳米纤维膜作为一种新型材料，不仅直径小、比表面积大，且与传统滤材相比，还具有轻质、高孔隙率、高渗透性的优点，将滤材的过滤和吸附功能很好地结合在一起，显著提高了过滤效率与吸附能力。

但是传统的纳米纤维膜，由于聚合物本身官能团结构的限制，自身并不具有去除重金属离子和污染物的能力。而利用化学改性方法对纳米纤维膜进行改性，又存在纺丝液交联成凝胶的问题，从而使得在静电纺丝过程中堵塞喷丝头和管路。有研究表明，静电纺丝壳聚糖/聚乙烯醇(CS/PVA)纳米纤维膜的力学性能随着浸泡时间的延长出现明显减弱。

而对于环状主体(如杯芳烃、冠醚、柱芳烃、葫芦脲)基纳米纤维膜也存在如力学性能差、吸附选择性差或者环状主体溶解性差而难以静电纺丝等各类问题。

静电纺丝技术制备的对叔丁基酰胺化杯[8]芳烃/聚丙烯腈纳米纤维，杯芳烃的加入大大增加了其对 Cu²⁺的吸附量。将不同比例的双苯并-18-冠-6掺杂入聚丙烯腈加入二甲基甲酰胺溶液溶解制成电纺溶液，并采用静电纺丝技术将这些电纺溶液纺成纤维，得到的纳米纤维的吸附活性位点得以提高，吸附性能更好。但是，因为杯芳烃、冠醚这些环状主体的化学结构柔性导致纳米纤维膜力学性能较差，而且通过改性处理的纳米纤维膜表面容易受到污染，容易受到外部条件的影响。

通过静电纺丝技术，将甲氧基柱[5]芳烃/聚丙烯酸酯(MeP5/PA)共混乳液制备得到MeP5/PA纳米纤维膜，该纳米纤维膜对四种对硝基苯衍生物的吸附行为表明柱芳烃的加入可以提升纳米纤维膜的吸附量。但由于甲氧基柱[5]芳烃空腔结构较小，对于一些分子尺寸更大的有机污染物难以进行主客体识别，从而削弱了这类纳米纤维膜的应用范围，所提到的这类纳米纤维膜只能对对硝基苯进行吸附，而临、间位硝基苯由于尺寸大于甲氧基柱[5]芳烃空腔而无法被吸附。

由于葫芦脲是小分子化合物，溶解性差，仅溶于浓酸溶液中，不能满足静电纺丝所必须的各项条件。

除此之外，吸附能力和去除效率对于改性纳米纤维膜对污染物吸附效果好坏的评估只是一方面的指标参数，吸附材料再生性能的高低也要引起重视。并且应用到实际生产过程中时，解吸率高的吸附材料更适合。因此，为了使该吸附材在实际应用中更具有经济性和高效性，重视材料的解吸过程和重复性研究是具有必要性的。