CN102942670A - 一种用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫及其制备方法，属于高分子材料领域。本发明的橡胶泡沫包括按以下重量份数计的组分：端羟基丁腈橡胶20～80份、异氰酸酯20～40份、催化剂0.5～3份、泡沫稳定剂0.5～3份、发泡剂5～10份、开孔剂2～10份、膨胀石墨5～20份。本发明通过将端羟基丁腈橡胶与异氰酸酯反应在发泡剂及催化剂存在下制备丁腈橡胶泡沫，得到能够吸附污水中金属离子的橡胶泡沫，解决了现有技术中吸附树脂动态吸附需要将水引入柱子，很难处理大量污水，而静态吸附存在树脂吸附量小，回收收集繁琐、处理难等问题，本发明的改性丁腈橡胶泡沫将丁腈橡胶做成泡沫结构，表面积较大，对污水中金属离子吸附的有很好的吸附性。

Description

一种用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种水中金属离子吸附物及其制备方法，具体地说，本发明涉及一种用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫及其制备方法，属于高分子材料领域。
背景技术
近年来，随着人类面临着可利用淡水资源的日益匮乏，人们对废水，尤其是工业废水的处理回收再利用越来越重视。我国若能对各类废水进行合理处理，每年可以新增100多亿吨可用水资源，可极大的缓解我国目前水资源紧张的状况。因此工业废水处理技术的研究具有十分重要的经济价值及社会价值。
开发新的一类的吸附剂对废水中金属离子进行处理是必然趋势。
国家知识产权局于2011.11.23公开了一件申请号为201110146146.3，名称为“一种疏水溶胀聚氨酯泡沫及其制备方法和应用”的发明专利，该专利公开了一种疏水溶胀聚氨酯泡沫及其制备方法和应用，属高分子材料领域。本发明利用硅橡胶高疏水性及在有机物和石油产品中好的溶胀性，把硅氧烷链引入到不饱和端羟基聚丁二烯（不饱和端羟基聚异戊二烯），通过和异氰酸酯反应制备高疏水溶胀聚氨酯泡沫。本发明通过将异氰酸酯、多元醇、催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂、开孔剂、阻燃剂经过混合、发泡、熟化制成聚氨酯泡沫，所制备的聚氨酯泡沫在吸附泄露的液体有机物和石油产品时同时进行孔的填充和基体的溶胀，从而提高其对泄露的液体有机物和石油产品吸附倍率，对于泄露到水面的液体污染物则可以有选择的吸附油及有机物从而达到油水分离的目的。
上述现有技术中，聚氨酯泡沫无法吸附污水中金属离子，只能吸油，且现有的采用吸附树脂吸附污水中金属离子的方法，主要存在静态吸附及动态吸附两类，动态吸附需要将水引入柱子很难处理大量污水，而静态吸附存在树脂吸附量小，回收收集繁琐、处理难等缺点。
发明内容
本发明旨在解决上述现有技术中吸附树脂不能快速、方便、有效地处理大量含有金属离子的污水，且聚氨酯泡沫无法吸附污水中金属离子的问题，提供一种用于吸附金属离子的橡胶泡沫及其制备方法，能够快速、方便且有效地吸附污水中的金属离子。
为了实现上述发明目的，其具体技术方案如下：
一种用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫，其特征在于：包括按以下重量份数计的组分：
端羟基丁腈橡胶                            20～80份
异氰酸酯                                  20～40份
催化剂                                    0.5～3份
泡沫稳定剂                                0.5～3份
发泡剂                                    5～10份
开孔剂                                    2～10份
膨胀石墨                                  5～20份。
优选的，本发明所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯或者异佛尔酮二异氰酸酯。
上述端羟基丁腈橡胶为任意端羟基丁腈橡胶，可以使不同分子量，不同丙烯腈含量的端羟基丁腈橡胶，也可以将不同分子量，不同丙烯腈含量的端羟基丁腈橡胶混合使用。
上述催化剂为本领域常规的叔氨类催化剂、有机金属类催化剂或两者的复合催化剂，比如：
叔氨类催化剂为市售产品A-1、A-33、A-4、A-400、A-300、A-107、TEDA-33或者TEDA-38，有机金属类催化剂为市售产品T-9、T-22、D-22或者D-19，复合催化剂为前述叔氨类催化剂中的任意一种与有机金属类催化剂中的任意一种按照10:1～1:1的比例复配使用。
上述泡沫稳定剂为本领域常规的有机硅化合物类泡沫稳定剂，比如：
市售产品L580、L600、L568、L618、SC155、SC154或者Y10901C。
上述开孔剂为本领域常规的开孔剂，比如：市售产品C-18、C-25、G-X880、Q100-A或者GX-881。
上述的膨胀石墨为本发明的阻燃剂；上述的发泡剂为本领域常规的蒸馏水或者去离子水。
优选的，本发明提供一种基于上述橡胶泡沫常规制备方法的优化和改进的制备方法：
一种用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
A、按照配方称取催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂、开孔剂、膨胀石墨，加入到端羟基丁腈橡胶中，搅拌，得到混合物a，备用；
B、在搅拌下将步骤A得到的混合物a加入到异氰酸酯中，混合得到混合物b；
C、将步骤B得到的混合物b加入到模具内发泡，待发泡完成，泡沫高度不再增加后，取出成型的丁腈橡胶泡沫，于室温下放置熟化；
D、将步骤C得到的丁腈橡胶泡沫加入到有机溶剂中，橡胶泡沫与有机溶剂的质量比1:50?1:500；
E、加入有机胺，在50?140℃下搅拌5?8小时得到最后成品即用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫。
优选的，本发明在步骤A中，所述的搅拌是指在500～5000rpm的转速下搅拌混合1～10min。
优选的，本发明在步骤B中，所述的搅拌是指在500～5000rpm的转速下搅拌混合10～50s。
优选的，本发明在步骤C中，所述的于室温下放置熟化是指在室温下放置熟化1～10h。
优选的，本发明在步骤D中，所述的有机溶剂为丙酮、甲苯或者醇。
优选的，本发明在步骤E中，所述的有机胺加入量为所述的丁腈橡胶泡沫重量的3～5倍。
优选的，本发明在步骤E中，所述的有机胺为乙二胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或多乙烯多胺。
本发明的有益技术效果表现在：
本发明通过将端羟基丁腈橡胶与异氰酸酯反应在发泡剂及催化剂存在下制备丁腈橡胶泡沫，得到能够吸附污水中金属离子的橡胶泡沫，解决了现有技术中吸附树脂动态吸附需要将水引入柱子，很难处理大量污水，而静态吸附存在树脂吸附量小，回收收集繁琐、处理难等问题，本发明的改性丁腈橡胶泡沫将丁腈橡胶做成泡沫结构，表面积较大，对污水中金属离子吸附的有很好的吸附性；且由于密度低，吸水后不会下沉到水底可以长期浸泡于污水中，回收收集简便，通过简单处理即可在较短时间内重复使用等。本发明又提供了一种基于泡沫普通制备方法的优选制备方法，对橡胶泡沫进行氨化处理，在橡胶泡沫上加上胺基，使其具备更加优良的金属离子吸附能力。
具体实施方式
实施例1    
一种用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫，包括按以下重量份数计的组分：
端羟基丁腈橡胶                            20份
异氰酸酯                                  20份
催化剂                                    0.5份
泡沫稳定剂                                0.5份
发泡剂                                    5份
开孔剂                                    2份
膨胀石墨                                  5份。
实施例2
一种用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫，包括按以下重量份数计的组分：
端羟基丁腈橡胶                            80份
异氰酸酯                                  40份
催化剂                                    3份
泡沫稳定剂                                3份
发泡剂                                    10份
开孔剂                                    10份
膨胀石墨                                  20份。
实施例3
一种用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫，包括按以下重量份数计的组分：
端羟基丁腈橡胶                            50份
异氰酸酯                                  30份
催化剂                                    1.75份
泡沫稳定剂                                1.75份
发泡剂                                    7.5份
开孔剂                                    6份
膨胀石墨                                  12.5份。
实施例4    
一种用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫，包括按以下重量份数计的组分：
端羟基丁腈橡胶                            66份
异氰酸酯                                  21份
催化剂                                    2.3份
泡沫稳定剂                                1.9份
发泡剂                                    6.5份
开孔剂                                    8.4份
膨胀石墨                                  15份。
实施例5
在实施例1?4的基础上，优选的：所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯或者异佛尔酮二异氰酸酯。
实施例6
在实施例1?5的基础上，优选的：其制备方法为：
A、按照配方称取催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂、开孔剂、膨胀石墨，加入到端羟基丁腈橡胶中，搅拌，得到混合物a，备用；
B、在搅拌下将步骤A得到的混合物a加入到异氰酸酯中，混合得到混合物b；
C、将步骤B得到的混合物b加入到模具内发泡，待发泡完成，泡沫高度不再增加后，取出成型的丁腈橡胶泡沫，于室温下放置熟化；
D、将步骤C得到的丁腈橡胶泡沫加入到有机溶剂中，橡胶泡沫与有机溶剂的质量比1:50；
E、加入有机胺，在50℃下搅拌5小时得到最后成品即用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫。
实施例7
在实施例1?5的基础上，优选的：其制备方法为：
A、按照配方称取催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂、开孔剂、膨胀石墨，加入到端羟基丁腈橡胶中，搅拌，得到混合物a，备用；
B、在搅拌下将步骤A得到的混合物a加入到异氰酸酯中，混合得到混合物b；
C、将步骤B得到的混合物b加入到模具内发泡，待发泡完成，泡沫高度不再增加后，取出成型的丁腈橡胶泡沫，于室温下放置熟化；
D、将步骤C得到的丁腈橡胶泡沫加入到有机溶剂中，橡胶泡沫与有机溶剂的质量比1:500；
E、加入有机胺，在140℃下搅拌8小时得到最后成品即用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫。
实施例8
在实施例1?5的基础上，优选的：其制备方法为：
A、按照配方称取催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂、开孔剂、膨胀石墨，加入到端羟基丁腈橡胶中，搅拌，得到混合物a，备用；
B、在搅拌下将步骤A得到的混合物a加入到异氰酸酯中，混合得到混合物b；
C、将步骤B得到的混合物b加入到模具内发泡，待发泡完成，泡沫高度不再增加后，取出成型的丁腈橡胶泡沫，于室温下放置熟化；
D、将步骤C得到的丁腈橡胶泡沫加入到有机溶剂中，橡胶泡沫与有机溶剂的质量比1:275；
E、加入有机胺，在95℃下搅拌6.5小时得到最后成品即用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫。
实施例9
在实施例1?5的基础上，优选的：其制备方法为：
A、按照配方称取催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂、开孔剂、膨胀石墨，加入到端羟基丁腈橡胶中，搅拌，得到混合物a，备用；
B、在搅拌下将步骤A得到的混合物a加入到异氰酸酯中，混合得到混合物b；
C、将步骤B得到的混合物b加入到模具内发泡，待发泡完成，泡沫高度不再增加后，取出成型的丁腈橡胶泡沫，于室温下放置熟化；
D、将步骤C得到的丁腈橡胶泡沫加入到有机溶剂中，橡胶泡沫与有机溶剂的质量比1:360；
E、加入有机胺，在121℃下搅拌7.5小时得到最后成品即用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫。
实施例10
在实施例6?9的基础上，优选的：
在步骤A中，所述的搅拌是指在500rpm的转速下搅拌混合1min。
在步骤B中，所述的搅拌是指在500rpm的转速下搅拌混合10s。
在步骤C中，所述的于室温下放置熟化是指在室温下放置熟化1h。
在步骤D中，所述的有机溶剂为丙酮、甲苯或者醇。
在步骤E中，所述的有机胺加入量为所述的丁腈橡胶泡沫重量的3倍。
在步骤E中，所述的有机胺为乙二胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或多乙烯多胺。
实施例11
在实施例6?9的基础上，优选的：
在步骤A中，所述的搅拌是指在5000rpm的转速下搅拌混合10min。
在步骤B中，所述的搅拌是指在5000rpm的转速下搅拌混合50s。
在步骤C中，所述的于室温下放置熟化是指在室温下放置熟化10h。
在步骤D中，所述的有机溶剂为丙酮、甲苯或者醇。
在步骤E中，所述的有机胺加入量为所述的丁腈橡胶泡沫重量的5倍。
在步骤E中，所述的有机胺为乙二胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或多乙烯多胺。
实施例12
在实施例6?9的基础上，优选的：
在步骤A中，所述的搅拌是指在2750rpm的转速下搅拌混合5.5min。
在步骤B中，所述的搅拌是指在2750rpm的转速下搅拌混合30s。
在步骤C中，所述的于室温下放置熟化是指在室温下放置熟化5.5h。
在步骤D中，所述的有机溶剂为丙酮、甲苯或者醇。
在步骤E中，所述的有机胺加入量为所述的丁腈橡胶泡沫重量的4倍。
在步骤E中，所述的有机胺为乙二胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或多乙烯多胺。
实施例13
在实施例6?9的基础上，优选的：
在步骤A中，所述的搅拌是指在2000rpm的转速下搅拌混合3min。
在步骤B中，所述的搅拌是指在3000rpm的转速下搅拌混合21s。
在步骤C中，所述的于室温下放置熟化是指在室温下放置熟化8h。
在步骤D中，所述的有机溶剂为丙酮、甲苯或者醇。
在步骤E中，所述的有机胺加入量为所述的丁腈橡胶泡沫重量的3.5倍。
在步骤E中，所述的有机胺为乙二胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或多乙烯多胺。
实施例14
本发明橡胶泡沫的应用：先配置1000mg/L的硝酸铅标准液，从中取出100ml标准液加入到锥形瓶中，同时向锥形瓶中加入2g吸附剂泡沫，接着进行往返恒温水浴震荡：震荡频率100次/min，温度40℃，震荡10小时使铅离子吸附直至饱和，得到静态吸附溶液。取出1ml静态吸附溶液，用去离子水将其稀释至浓度为原来的1/500。利用紫外分光光度计测试静态吸附溶液中铅离子的浓度，计算出吸附剂泡沫的吸附量为80mg/g。

Claims (9)

1.一种用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫，其特征在于：包括按以下重量份数计的组分：
端羟基丁腈橡胶                            20～80份
异氰酸酯                                  20～40份
催化剂                                    0.5～3份
泡沫稳定剂                                0.5～3份
发泡剂                                    5～10份
开孔剂                                    2～10份
膨胀石墨                                  5～20份。
2.根据权利要求1所述的一种用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫，其特征在于：所述的异氰酸酯为甲苯二异氰酸酯、二苯甲烷二异氰酸酯、多亚甲基多苯基多异氰酸酯或者异佛尔酮二异氰酸酯。
3.根据权利要求1所述的一种用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫的制备方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
A、按照配方称取催化剂、泡沫稳定剂、发泡剂、开孔剂、膨胀石墨，加入到端羟基丁腈橡胶中，搅拌，得到混合物a，备用；
B、在搅拌下将步骤A得到的混合物a加入到异氰酸酯中，混合得到混合物b；
C、将步骤B得到的混合物b加入到模具内发泡，待发泡完成，泡沫高度不再增加后，取出成型的丁腈橡胶泡沫，于室温下放置熟化；
D、将步骤C得到的丁腈橡胶泡沫加入到有机溶剂中，橡胶泡沫与有机溶剂的质量比1:50?1:500；
E、加入有机胺，在50?140℃下搅拌5?8小时得到最后成品即用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫。
4.根据权利要求3所述的一种用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫的制备方法，其特征在于：在步骤A中，所述的搅拌是指在500～5000rpm的转速下搅拌混合1～10min。
5.根据权利要求3所述的一种用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫的制备方法，其特征在于：在步骤B中，所述的搅拌是指在500～5000rpm的转速下搅拌混合10～50s。
6.根据权利要求3所述的一种用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫的制备方法，其特征在于：在步骤C中，所述的于室温下放置熟化是指在室温下放置熟化1～10h。
7.根据权利要求3所述的一种用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫的制备方法，其特征在于：在步骤D中，所述的有机溶剂为丙酮、甲苯或者醇。
8.根据权利要求3所述的一种用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫的制备方法，其特征在于：在步骤E中，所述的有机胺加入量为所述的丁腈橡胶泡沫重量的3～5倍。
9.根据权利要求3或8所述的一种用于吸附水中金属离子的橡胶泡沫的制备方法，其特征在于：在步骤E中，所述的有机胺为乙二胺、三乙烯四胺、四乙烯五胺或多乙烯多胺。
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CN102942670B (zh) 2014-09-10

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