[發(fā)明專利]基于對位芳綸的含多胺功能基的新型吸附材料的制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201510034047.4
• 申請日: 2015-01-22
• 公開（公告）號: CN104624173B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 曲榮君;徐長洲;張盈;李沙沙;馬千里;宋西全;孫昌梅;紀(jì)春暖
• 申請（專利權(quán)）人: 魯東大學(xué);煙臺泰和新材料股份有限公司
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/30;C02F1/28;C08G69/48;C02F101/20
• 代理公司: 北京輕創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11212
• 代理人: 楊立

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及金屬離子吸附材料領(lǐng)域，尤其涉及一種基于對位芳綸的含多胺功能基的新型吸附材料的制備方法及其在金屬離子吸附中的應(yīng)用。

背景技術(shù)

工業(yè)廢水中溶解的重金屬離子在人體內(nèi)與蛋白質(zhì)及各種酶發(fā)生強烈的相互作用，使它們失去活性，會給有機生命體造成重大危害，因此，回收和去除重金屬離子成為人們愈加重視的一項課題。目前常用的分離重金屬離子廢水的方法主要有化學(xué)沉淀法、氧化還原法、離子交換、吸附法、溶劑萃取法等。其中，螯合吸附材料是一種能與金屬離子形成穩(wěn)定螯合環(huán)的吸附功能材料，具有廣泛的應(yīng)用。在眾多的高聚物載體中，芳綸(PPTA)的有機功能化及其在金屬離子螯合吸附方面的研究具有廣闊的發(fā)展前景。作為一種高性能聚合物材料，芳綸以其高比模量、高比強度、耐疲勞等優(yōu)異性能在很多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，例如電纜、繩索、防彈織物和紙漿。然而，隨著芳綸的大量消耗，每年都會產(chǎn)生大量的芳綸廢棄材料。因?qū)ξ环季]不溶于大部分有機溶劑，并且具有很好的耐高溫和耐化學(xué)腐蝕性能，廢棄的芳綸材料在自然界中很難通過生物降解而去除。目前，尚沒有有效的方法來對其回收利用，因此，采用一種有效的方法來回收利用廢棄芳綸將會是一項巨大的挑戰(zhàn)。近年來，有機功能化的芳綸已經(jīng)作為金屬離子吸附劑來除去工業(yè)廢水中的重金屬離子，通過適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)改性，可以將特定的官能團或試劑與芳綸結(jié)合，使其對金屬離子的吸附性能有了較大提高，具有廣泛的應(yīng)用價值。

多胺基官能化的芳綸由于其出色的吸附性能，可以作為金屬離子吸附材料而受到人們的廣泛關(guān)注和重視。相對于單氨功能基，多胺功能基改性的芳綸具有較多的配位原子，可以和Hg(Ⅱ)、Ag(Ⅰ)、Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)等金屬離子形成穩(wěn)定的五元環(huán)配位化合物。因此，多胺功能基化的芳綸可以和大多數(shù)重金屬起螯合作用，而用于處理重金屬離子廢水的工藝中，來實現(xiàn)重金屬離子的富集、分離、提純和回收利用。以氮原子為配位原子的多胺主要有乙二胺、二乙烯三胺和三乙烯四胺等類型。含氮功能基主要以伯胺或仲胺與金屬離子絡(luò)合，將含有能與水形成氫鍵的N原子的功能基接枝到芳綸載體上形成的胺基功能化的芳綸可以提高吸附劑的親水性，進(jìn)而對吸附劑的吸附性能有了較大提高，從而有廣闊的應(yīng)用前景。本發(fā)明人早先曾通過異相反應(yīng)法，合成了以芳氨基和水楊醛Scheiff堿為功能基的改性芳綸纖維，研究了其對Pb²⁺、Hg²⁺、Cu²⁺等金屬離子的富集和分離性能。結(jié)果表明，上述吸附材料除了對Pb²⁺、Cu²⁺對等金屬離子表現(xiàn)出一定的富集分離性能外，還具有較好的重復(fù)利用性能。但鑒于以上芳綸基吸附劑的功能基只是分布于纖維的表面，因此其功能基總量必然受到限制，從而影響了其對金屬離子的吸附容量。

發(fā)明內(nèi)容

鑒于現(xiàn)有技術(shù)中芳綸基吸附劑的功能基只是分布于纖維的表面從而影響了其對金屬離子的吸附容量的問題，本發(fā)明提供了一種基于對位芳綸的含多胺功能基的新型吸附材料的制備方法，本發(fā)明采用均相反應(yīng)法制備的吸附材料具有吸附量大、吸附速率快等優(yōu)點。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案如下：

將對位芳綸粉料進(jìn)行預(yù)處理，干燥；在惰性氣體保護下，脫質(zhì)子化試劑和無水二甲亞砜反應(yīng)生成金屬化的甲基亞硫酰基卡賓鈉；將得到的金屬化的甲基亞硫酰基卡賓鈉與芳綸分子酰胺鏈上的仲氮氫反應(yīng)，生成能溶解于二甲亞砜中的金屬化的芳綸大分子，利用均相反應(yīng)法，向反應(yīng)液中緩慢加入液體環(huán)氧氯丙烷，待反應(yīng)充分后直接向反應(yīng)原液中加入含有多胺功能基的試劑進(jìn)行化學(xué)接枝反應(yīng)，最終得到基于對位芳綸的含多胺功能基的新型吸附材料。

一種基于對位芳綸的含多胺功能基的新型吸附材料的制備方法，具體包括以下步驟：

1)依次利用丙酮、去離子水清洗對位芳綸粉料，干燥，得到預(yù)處理的芳綸；

2)在氮氣氛圍下，將脫質(zhì)子化試劑和無水二甲亞砜混合均勻，所述脫質(zhì)子化試劑和無水二甲亞砜的摩爾比為1:83至1：500，加熱反應(yīng)直至溶液澄清為止，降溫，得到金屬化的甲基亞硫酰基卡賓鈉；

3)向步驟2)得到的金屬化的甲基亞硫酰基卡賓鈉加入步驟1)得到的預(yù)處理的芳綸，所述芳綸與脫質(zhì)子化試劑的摩爾比為1:2，攪拌，生成金屬化的芳綸大分子，再加入環(huán)氧氯丙烷，所述環(huán)氧氯丙烷與芳綸的摩爾比為1:50至2:1，進(jìn)行反應(yīng)，得到反應(yīng)混合液；

4)向步驟3)得到的反應(yīng)混合液中加入含多胺功能基的試劑，所述含多胺功能基的試劑與環(huán)氧氯丙烷的摩爾比為1:1，加熱攪拌反應(yīng)，得到反應(yīng)產(chǎn)物；