[發(fā)明專利]一種鉛離子吸附的POSS雜化聚丙烯酰胺/聚氨酯多孔復(fù)合水凝膠及其制備和應(yīng)用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810534196.0
• 申請日: 2018-05-29
• 公開（公告）號: CN108659238A
• 公開（公告）日: 2018-10-16
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 徐洪耀;趙崗;魏剛;夏苗苗;光善儀
• 申請（專利權(quán)）人: 東華大學(xué)
• 主分類號: C08J3/075
• 分類號: C08J3/075;C08J9/28;C08L51/08;C08L75/04;C08F283/12;C08F220/56;C02F1/28;C02F101/20
• 代理公司: 上海泰能知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 31233
• 代理人: 黃志達;魏峯

本發(fā)明涉及一種鉛離子吸附的POSS雜化聚丙烯酰胺/聚氨酯多孔復(fù)合水凝膠及其制備和應(yīng)用，所述水凝膠中POSS雜化聚丙烯酰胺共聚物占聚氨酯的質(zhì)量百分比為1?30wt％，水凝膠具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；制備包括：POSS雜化聚丙烯酰胺共聚物的制備；POSS雜化聚丙烯酰胺/聚氨酯多孔復(fù)合水凝膠的制備。本發(fā)明避免了交聯(lián)劑的使用對其復(fù)合體系各組分性能的影響，配合使用真空冷凍干燥技術(shù)，在真空環(huán)境下直接冷凍干燥而達到在物質(zhì)結(jié)構(gòu)中形成很多氣孔的目的，解決了三元體系化學(xué)交聯(lián)中常見的空隙不高、多空結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定等缺點；并且真空冷凍干燥過程中能很好地保持樣品原化學(xué)組成和物理性質(zhì)的特點，而避免了樣品組分含量對其成型問題的影響。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于高分子復(fù)合材料及其制備和應(yīng)用領(lǐng)域，特別涉及一種鉛離子吸附的POSS雜化聚丙烯酰胺/聚氨酯多孔復(fù)合水凝膠及其制備和應(yīng)用。

背景技術(shù)

重金屬危害性高，并且具有致癌性，不僅會破壞水生物系統(tǒng)，也會危害人體健康。這些重金屬主要來源是電池制造廠、五金電鍍、制革、油漆以及開采和煉油等。重金屬主要通過食物鏈富集，以及污染飲用水進入人體被肝臟吸收。鉛離子是危害人體的5大重金屬之一，過量的鉛離子會損傷心臟、骨骼、腎臟和神經(jīng)系統(tǒng)，導(dǎo)致疲勞，甚至是心臟衰竭，智力下降以及貧血等癥狀。尤其是對于老人，孕婦，孩童這樣免疫力低下的人群，因此在廢液排放前處理回收這些重金屬鉛離子變的十分重要。目前對Pb²⁺處理的手段主要包括：混凝絮凝法，離子交換法，以及生物降解法，化學(xué)氧化還原法等技術(shù)，但是這些技術(shù)都有一些缺點，如操作成本高，有毒物再生導(dǎo)致的二次污染，以及不能完全移除污染物。在金屬離子廢水的處理方法中，生物吸附法因操作簡單、處理效率高而被廣泛應(yīng)用。

聚丙烯酰胺是吸附合成水凝膠最常用的材料之一，鏈上帶有的親水基團(-CONH₂)，與金屬離子相互作用時形成了螯合物，即使是對低濃度的金屬離子溶液也具有高穩(wěn)定性吸附能力和吸附選擇性。單一聚丙烯酰胺在交聯(lián)劑作用下形成的水凝膠吸附能力有限，因此一般與其他合成凝膠或天然凝膠復(fù)配制得到的凝膠吸附鉛等其他重金屬。

水性聚氨酯由二元醇和多元異氰酸酯經(jīng)過逐步聚合得到的氨基甲酸酯，可以看成是一種含軟鏈段和硬鏈段的嵌段共聚物，一般高分子鏈上含有羧酸增加親水性。水性聚氨酯以水替代有機溶劑作為分散介質(zhì)發(fā)展起來的高分子材料，具有污染小，親水性強，形成的凝膠材料、空隙率高、內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)豐富等特點，本身具有吸附性能捕集和過濾性能，一般通過化學(xué)改性之后，可以用于生活污水處理中充當(dāng)載體處理污水中的重金屬。

多面體低聚倍半硅氧烷(POSS)本身是一種結(jié)構(gòu)非常穩(wěn)定的新型有機-無機納米雜化材料，POSS具有良好的生物相容性、較好的穩(wěn)定性和無毒性等特征，使其在生物醫(yī)用和組織工程領(lǐng)域有很大的潛在用途，POSS的引入有效的改善形狀記憶材料的回復(fù)性能、耐水洗牢度及濕摩擦牢度等性能。聚丙烯酰胺(PAM)所含-CONH₂的N原子帶有孤對電子，使其能通過絡(luò)合作用實現(xiàn)對重金屬離子的吸附，但由于N原子與C＝O的共軛效應(yīng)，使電子云密度降低，導(dǎo)致絡(luò)合作用減弱進而降低了吸附能力。為提高PAM吸附重金屬離子的能力，常在PAM中引入高效、有選擇性的特定功能基團組成具有高吸附容量的PAM類復(fù)合吸附材料。

正如，POSS、PAM、PU分別變現(xiàn)出不同的優(yōu)異性質(zhì)，所以有很多的學(xué)者考慮將三者結(jié)合制備出吸附性能更為優(yōu)異的復(fù)合材料。如專利號CN201310410812.9公布了明膠/羧甲基殼聚糖/POSS光交聯(lián)水凝膠及制備方法，用甲基丙烯酸縮水甘油酯對明膠和羧甲基殼聚糖進行雙鍵改性；改性明膠、改性羧甲基殼聚糖、八乙烯基低聚倍半硅氧烷及交聯(lián)劑PEGDMA和光引發(fā)劑I2959配成溶液后光交聯(lián)制備水凝膠，專利號CN201110381899.2公布了丙烯酸與多面體籠型倍半硅氧烷共聚水凝膠及其制備方法和用途，專利號CN201110335297.3公布了一種新型烷基籠型倍半硅氧烷納米雜化物的制備及其應(yīng)用。上述三則專利主要是多面體低聚倍半硅氧烷與其它物質(zhì)的雜化復(fù)合水凝膠在生物組織工程方面的應(yīng)用，而用于重金屬離子方面的研究較少。

發(fā)明內(nèi)容