[发明专利]一种碳基聚吡咯复合材料的制备方法及应用

说明书

本发明公开了一种碳基聚吡咯复合材料的制备方法及应用，所述制备方法通过间接产生的Fe³⁺作为氧化剂氧化吡咯单体聚合，四氧化三铁作为反应诱发点，通过腐蚀四氧化三铁所缓慢产生的Fe³⁺作为氧化剂使吡咯聚合，由于吡咯单体的聚合速率减缓，制备的聚吡咯球粒径较大，可达几微米，且彼此独立存在、分散性较好，克服了聚吡咯团聚的缺陷，可暴露更多有利的吸附位点。另外本发明制备的聚吡咯由于为微米级别，较稳定不易流失，可以减少纳米粒子所产生的纳米毒性的潜在安全风险。本方法制备的碳基聚吡咯复合材料对环境中阴离子型的PFOA和PFOS也具有较高的吸附能力，可实现水中PFOA和PFOS的高效去除，极具产业前景。

技术领域

本发明属于环境新功能材料技术领域，尤其涉及的是一种碳基聚吡咯复合材料的制备方法及其应用。

背景技术

全氟化合物(PFASs)是一类碳骨架上的氢原子全部被氟原子所取代的新型人工合成化合物，在多种环境介质及消费品中具有较高的检出频率，受到全世界的广泛关注。由于具有较强的环境持久性、生物富集性、内分泌干扰性、以及生长发育和生殖毒性，PFASs中检出频率较高的两种化合物，全氟辛磺酸(PFOS)和全氟辛酸(PFOA)以及其盐类，分别于2009和2019年被列为《斯德哥尔摩公约》全球控制的持久性有机污染物。针对水中PFASs污染问题，开发有效的PFASs去除技术至关重要。由于PFASs的稳定特性，传统化学氧化和生物处理工艺难以去除水中的PFASs，并且容易产生二次污染，因此如何高效快速去除水中PFASs是目前研究的主要目的。

由于PFOS和PFOA具有较低的pKa值，通常在水中以阴离子型化合物形式存在，因此制备表面具有正电荷的吸附剂，通过静电吸引作用来增强对PFOS和PFOA的吸附，是一个常用且有效的方法。聚吡咯由吡咯单体氧化聚合生成的，具有无毒，可直接聚合，环境友好，价格低廉等特点，另外，聚吡咯中部分氮原子带正电荷，属于一种阳离子型聚合物，有利于阴离型的化合物的吸附。传统方法一般采用直接添加氧化剂，使吡咯单体直接聚合制备纯的聚吡咯。但是聚吡咯颗粒会由于π-π堆积而导致严重的团聚，聚吡咯在基底上分散性较差，暴露较少的吸附位点，作为吸附剂其吸附能力较差。针对以上问题，将碳质材料，如生物炭、石墨烯、活性炭等作为基底，将聚吡咯负载在基底上制备复合材料是常用的手段之一。但这些方法均采用首先将基底材料与吡咯单体混合，然后再向混合溶液中加入氧化剂使吡咯原位化学聚合在基底上，由于氧化剂一次性的加入，吡咯单体会迅速聚合，因此形成的聚吡咯球粒径较小，多为几百纳米，彼此紧密相邻，聚吡咯球分散性较差，甚至在基底上团聚堆积，这些将导致复合材料暴露较少的吸附位点，吸附性能大大降低。另外，由于聚吡咯为纳米粒子易流失不稳定，会引起潜在的安全风险问题。

因此，寻找一种新的制备方法，制备聚吡咯球分散性更好的复合材料，提升复合材料的吸附性能，以及在环境中更稳定存在，无论在环境功能材料制备还是在废水处理方面都具有重要的价值和意义。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种碳基聚吡咯复合材料的制备方法，所述制备方法以四氧化三铁作为反应诱发点，通过腐蚀四氧化三铁所缓慢产生的Fe³⁺作为氧化剂使吡咯聚合，由于吡咯单体的聚合速率减缓，制备的聚吡咯球粒径较大，可达几微米，且彼此独立存在，分散性较好，克服了聚吡咯团聚的缺陷，可暴露更多有利的吸附位点。

本发明的另一目的还在于提供本发明制备得到的碳基聚吡咯复合材料的应用，所述碳基聚吡咯复合材料对环境中阴离子型的PFOA和PFOS也具有较高的吸附能力，从而实现对水中PFOA和PFOS的高效去除。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种碳基聚吡咯复合材料的制备方法，包括如下步骤：

S1四氧化三铁/碳基材料制备

采用共沉淀法将四氧化三铁负载到碳基材料上，制备四氧化三铁/碳基材料；

S2碳基聚吡咯复合材料的制备