CN107286329A - 一种季铵盐负载磁性聚噻吩材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种季铵盐负载磁性聚噻吩材料的制备方法，本发明的材料各部分电磁性能均匀性好，能够实现多孔硅藻土、磁、电的综合性吸附，吸附效果强，选择吸附的物质多，综合性能好，可以适用于染料等有机污染物去除，在环境治理领域有广阔的应用前景，且本发明的材料磁性好，通磁后可以很方便的分离，综合性能优越。

Description

一种季铵盐负载磁性聚噻吩材料的制备方法
技术领域
本发明属于材料领域，具体涉及一种季铵盐负载磁性聚噻吩材料的制备方法。
背景技术
导电高分子是一类含有共轭结构的高分子，通过化学、电化学或离子等方式掺杂可以使聚合物的电导率水平从绝缘级别达到金属级别，在电容器、能源、金属防腐和生物传感器方面具有良好的应用前景；
聚噻吩因其良好的光学、电学和环境稳定性，受到科研工作者的重视。其与无机纳米材料复合形成有机无机纳米复合材料，不仅由于无机物的引入改善其原有性能，而且因纳米效应及聚噻吩与无机物之间的协同作用，使得复合材料的性能优于单一组分性能的简单加和；
聚噻吩及其衍生物具有热稳定性好、易于制备、掺杂后电导率高以及易脱掺杂的特性，因此广泛应用于电导体、光电材料、电磁屏蔽材料、微波吸收材料等诸多领域。但是未取代的噻吩的不溶解和不易加工的性能在一定程度上限制了其应用；
未取代的噻吩与无机材料的复合少有报道，都是些在有机溶剂（氯仿）中或噻吩直接和蒙脱土在噻吩沸点进行复合；未取代的聚噻吩因其在水中溶解性不好，通常在氯仿等有机溶剂中或者通过电化学聚合。噻吩在氯仿溶剂中聚合时，最后往往需要把氯仿蒸发掉，或者通过其他途径处理掉，这增加了反应的时间和成本，不利于工业化；而通过电化学聚合时，需要寻求合适的溶剂（且量较大），而且可变因素太多，得到聚噻吩质量难以保证，工业化也受到限制；
无机填料与聚噻吩的相容性较差，成品的稳定性低，因此本发明的目的就是在改进聚噻吩与无机填料稳定相容的基础上，赋予复合材料新的功能，以增强其在不同领域的适用性。
发明内容
本发明的目的就是在改进聚噻吩与无机填料稳定相容的基础上，赋予复合材料新的功能，以增强其在不同领域的适用性，提供一种季铵盐负载磁性聚噻吩材料的制备方法。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种季铵盐负载磁性聚噻吩材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）取50-60重量份的噻吩，加入到其重量6-9倍的氯仿中，搅拌均匀，加入3-4重量份的油酸，升高温度为65-70℃，超声16-20分钟，蒸馏除去氯仿，得油酸化单体；
（2）取20-30重量份的硅藻土，送入到0.7-2mol/l的氢氧化钠溶液中浸泡2-3小时，出料水洗，常温干燥，与1-2重量份的异丙叉丙酮混合，加入到混合料重量2-2.5倍的去离子水中，加入4-5重量份的3-氨基丙基三乙氧基硅烷，送入到140-150℃的油浴中，搅拌加热3-4小时，出料干燥，得多孔氨基硅藻土；
（3）取2-3重量份的丙烯酰胺，加入到其重量20-30倍的去离子水中，搅拌均匀，加入上述多孔氨基硅藻土、油酸化单体，在50-60℃下保温搅拌1-2小时，得酰胺分散液；
（4）取上述酰胺分散液，与10-14重量份的、浓度为20-30%的甲醛水溶液混合，搅拌均匀，滴加氨水溶液，调节pH为8-9，升高温度为60-65℃，保温搅拌10-20分钟，得甲基化硅藻土噻吩溶液；
（5）取10-12重量份的四水氯化亚铁、13-20重量份的六水三氯化铁混合，加入到混合料重量17-20倍的去离子水中，搅拌均匀，加入3-4重量份的二甲胺，搅拌均匀，得二甲胺铁盐溶液；
（6）取上述甲基化硅藻土噻吩溶液、二甲胺铁盐溶液混合，搅拌均匀，在70-75℃下保温搅拌20-30分钟，冷却至常温，滴加0.5-1mol/l的硫酸，调节pH为2-3，搅拌反应2-3小时，得季铵化负载硅藻土噻吩溶液；
（7）取上述季铵化负载硅藻土噻吩溶液，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为10-15℃，保温搅拌10-15小时，滴加氨水溶液，调节pH为9-10，搅拌反应130-140分钟，依次加入4.5-6重量份的无水乙醇、1-2重量份的无水氯化钙，升高反应釜温度为65-70℃，搅拌10-20分钟，控制真空度为0.08-0.1MPa，调节反应釜温度为160-170℃，保温反应6-7小时，出料，过滤，将沉淀用去离子水与无水乙醇洗涤，真空60-65℃下干燥，即得所述季铵盐负载磁性聚噻吩材料。
所述步骤（4）、步骤（7）中氨水溶液的浓度均为10-13%。
本发明的优点：
本发明首先以噻吩为单体，经过油酸处理，得到油酸化噻吩单体，然后将硅藻土通过氨基硅烷处理，得到的氨基硅藻土与油酸化噻吩单体在丙烯酰胺的水溶液中混合，通过氨基与油酸的酰胺化反应，得到在丙烯酰胺溶液中可以均匀分散的硅藻土、噻吩单体，然后将该分散液通过甲醛处理，得甲基化硅藻土噻吩溶液，然后与含有二甲胺的铁盐溶液共混，在硫酸的作用下得到含有铁盐的季铵盐噻吩溶液，然后将该季铵盐噻吩溶液在氮气作用下聚合，其中的铁盐作为氧化剂，再在氨水的作用下将剩余的铁盐沉淀，通过水热处理，得到磁性四氧化三铁复合聚噻吩材料；
本发明将硅藻土预先在碱液中浸泡处理，然后通过异丙叉丙酮混合，采用3-氨基丙基三乙氧基硅烷改性，得到氨基硅藻土，通过高温加热，异丙叉丙酮容易蒸发，且在高于其沸点的温度下加热，通过其沸腾作用能够增大、增多硅藻土的孔隙率，从而提高其吸附效果；
本发明将多孔氨基硅藻土、油酸化单体混合，在酰胺水溶液中进行酰胺化反应，有效的改善了单体与硅藻土的相容性，从而提高成品材料的稳定性；
本发明将硅藻土噻吩的酰胺溶液进行季铵盐化处理，得到季铵盐负载的硅藻土，有研究表明季铵盐负载的硅藻土具有很好的抑菌吸附效果，而在进行季铵盐化处理的过程中也一直保持着与噻吩单体很好的相容性；
本发明将季铵盐化处理的硅藻土噻吩单体溶液在铁盐氧化剂的作用下聚合，得到季铵盐负载的硅藻土聚噻吩复合溶液，然后再加入氨水，将剩余的铁盐沉淀，再经过水热处理，得到季铵盐负载的硅藻土聚噻吩磁性材料，在此过程中，季铵盐的存在不仅可以提高成品的吸附性，还可以促进各原料的分散性，有效的降低团聚，而加入的铁盐溶液不仅作为噻吩聚合的氧化剂，还作为磁性四氧化三铁的前驱体，实现了连续化生产，简化了工艺，降低了生产成本；
本发明改变了传统以氯仿为溶剂进行噻吩的聚合反应，而采用水为溶剂，不仅免去了后续的处理有机溶剂的繁琐步骤，同时节约了时间，降低了生产成本，同时以去离子水为反应溶剂，安全环保性好，有利于工业化生产；
本发明通过多个反应同时进行的方式，不仅实现了工业生产的连续化，降低了生产成本，极大的改善了有机物、无机物间的相容性，提高了成品的稳定性；
本发明的材料各部分电磁性能均匀性好，能够实现多孔硅藻土、磁、电的综合性吸附，吸附效果强，选择吸附的物质多，综合性能好，可以适用于染料等有机污染物去除，在环境治理领域有广阔的应用前景，且本发明的材料磁性好，通磁后可以很方便的分离，综合性能优越。
具体实施方式
实施例1
一种季铵盐负载磁性聚噻吩材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）取60重量份的噻吩，加入到其重量9倍的氯仿中，搅拌均匀，加入4重量份的油酸，升高温度为70℃，超声20分钟，蒸馏除去氯仿，得油酸化单体；
（2）取30重量份的硅藻土，送入到2mol/l的氢氧化钠溶液中浸泡3小时，出料水洗，常温干燥，与2重量份的异丙叉丙酮混合，加入到混合料重量2.5倍的去离子水中，加入5重量份的3-氨基丙基三乙氧基硅烷，送入到140℃的油浴中，搅拌加热3-4小时，出料干燥，得多孔氨基硅藻土；
（3）取3重量份的丙烯酰胺，加入到其重量30倍的去离子水中，搅拌均匀，加入上述多孔氨基硅藻土、油酸化单体，在60℃下保温搅拌2小时，得酰胺分散液；
（4）取上述酰胺分散液，与14重量份的、浓度为30%的甲醛水溶液混合，搅拌均匀，滴加氨水溶液，调节pH为9，升高温度为65℃，保温搅拌20分钟，得甲基化硅藻土噻吩溶液；
（5）取12重量份的四水氯化亚铁、20重量份的六水三氯化铁混合，加入到混合料重量20倍的去离子水中，搅拌均匀，加入4重量份的二甲胺，搅拌均匀，得二甲胺铁盐溶液；
（6）取上述甲基化硅藻土噻吩溶液、二甲胺铁盐溶液混合，搅拌均匀，在75℃下保温搅拌30分钟，冷却至常温，滴加1mol/l的硫酸，调节pH为3，搅拌反应3小时，得季铵化负载硅藻土噻吩溶液；
（7）取上述季铵化负载硅藻土噻吩溶液，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为15℃，保温搅拌15小时，滴加氨水溶液，调节pH为10，搅拌反应140分钟，依次加入6重量份的无水乙醇、2重量份的无水氯化钙，升高反应釜温度为70℃，搅拌20分钟，控制真空度为0.1MPa，调节反应釜温度为170℃，保温反应7小时，出料，过滤，将沉淀用去离子水与无水乙醇洗涤，真空65℃下干燥，即得所述季铵盐负载磁性聚噻吩材料。
所述步骤（4）、步骤（7）中氨水溶液的浓度均为13%。
实施例2
一种季铵盐负载磁性聚噻吩材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）取50重量份的噻吩，加入到其重量6倍的氯仿中，搅拌均匀，加入3重量份的油酸，升高温度为65℃，超声16分钟，蒸馏除去氯仿，得油酸化单体；
（2）取20重量份的硅藻土，送入到0.7mol/l的氢氧化钠溶液中浸泡2小时，出料水洗，常温干燥，与1重量份的异丙叉丙酮混合，加入到混合料重量2倍的去离子水中，加入4重量份的3-氨基丙基三乙氧基硅烷，送入到150℃的油浴中，搅拌加热4小时，出料干燥，得多孔氨基硅藻土；
（3）取2重量份的丙烯酰胺，加入到其重量20倍的去离子水中，搅拌均匀，加入上述多孔氨基硅藻土、油酸化单体，在50℃下保温搅拌1小时，得酰胺分散液；
（4）取上述酰胺分散液，与10重量份的、浓度为20%的甲醛水溶液混合，搅拌均匀，滴加氨水溶液，调节pH为8，升高温度为60℃，保温搅拌10分钟，得甲基化硅藻土噻吩溶液；
（5）取10重量份的四水氯化亚铁、13重量份的六水三氯化铁混合，加入到混合料重量17倍的去离子水中，搅拌均匀，加入3重量份的二甲胺，搅拌均匀，得二甲胺铁盐溶液；
（6）取上述甲基化硅藻土噻吩溶液、二甲胺铁盐溶液混合，搅拌均匀，在70℃下保温搅拌20分钟，冷却至常温，滴加0.5mol/l的硫酸，调节pH为2，搅拌反应2小时，得季铵化负载硅藻土噻吩溶液；
（7）取上述季铵化负载硅藻土噻吩溶液，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为10℃，保温搅拌10小时，滴加氨水溶液，调节pH为9，搅拌反应130分钟，依次加入4.5重量份的无水乙醇、1重量份的无水氯化钙，升高反应釜温度为65℃，搅拌10分钟，控制真空度为0.08MPa，调节反应釜温度为160℃，保温反应6小时，出料，过滤，将沉淀用去离子水与无水乙醇洗涤，真空60℃下干燥，即得所述季铵盐负载磁性聚噻吩材料。
性能测试：
导电性：
根据文献（聚噻吩制备条件对其结构和导电性能的影响）显示：王红敏等通过化学氧化法制备了聚噻吩并对其电导率进行了测试，在反应温度分别为0℃、18℃、55℃时所制备聚噻吩的电导率分别为15.8×10-8S/cm、5.28×10-8S/cm、1.02×10-8S/cm；
本发明的季铵盐负载磁性聚噻吩材料的电导率为3.51-4.06×10-2S/cm；
磁性：
本发明的磁饱和值为20.4-35.5emu/g；
吸附性：
取本发明的季铵盐负载磁性聚噻吩材料、传统硅藻土吸附剂0.5g分别置于200ml浓度为150mg/l的亚甲基蓝溶液中，震荡处理30分钟，分别采用磁场分离和过滤分离的方式取出本发明的季铵盐负载磁性聚噻吩材料、传统硅藻土吸附剂，经测定，经过本发明季铵盐负载磁性聚噻吩材料处理的亚甲基蓝溶液的浓度变为15mg/l，经过传统硅藻土吸附剂处理的亚甲基蓝溶液的浓度变为50mg/l。

Claims (2)

1.一种季铵盐负载磁性聚噻吩材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）取50-60重量份的噻吩，加入到其重量6-9倍的氯仿中，搅拌均匀，加入3-4重量份的油酸，升高温度为65-70℃，超声16-20分钟，蒸馏除去氯仿，得油酸化单体；
（2）取20-30重量份的硅藻土，送入到0.7-2mol/l的氢氧化钠溶液中浸泡2-3小时，出料水洗，常温干燥，与1-2重量份的异丙叉丙酮混合，加入到混合料重量2-2.5倍的去离子水中，加入4-5重量份的3-氨基丙基三乙氧基硅烷，送入到140-150℃的油浴中，搅拌加热3-4小时，出料干燥，得多孔氨基硅藻土；
（3）取2-3重量份的丙烯酰胺，加入到其重量20-30倍的去离子水中，搅拌均匀，加入上述多孔氨基硅藻土、油酸化单体，在50-60℃下保温搅拌1-2小时，得酰胺分散液；
（4）取上述酰胺分散液，与10-14重量份的、浓度为20-30%的甲醛水溶液混合，搅拌均匀，滴加氨水溶液，调节pH为8-9，升高温度为60-65℃，保温搅拌10-20分钟，得甲基化硅藻土噻吩溶液；
（5）取10-12重量份的四水氯化亚铁、13-20重量份的六水三氯化铁混合，加入到混合料重量17-20倍的去离子水中，搅拌均匀，加入3-4重量份的二甲胺，搅拌均匀，得二甲胺铁盐溶液；
（6）取上述甲基化硅藻土噻吩溶液、二甲胺铁盐溶液混合，搅拌均匀，在70-75℃下保温搅拌20-30分钟，冷却至常温，滴加0.5-1mol/l的硫酸，调节pH为2-3，搅拌反应2-3小时，得季铵化负载硅藻土噻吩溶液；
（7）取上述季铵化负载硅藻土噻吩溶液，送入到反应釜中，通入氮气，调节反应釜温度为10-15℃，保温搅拌10-15小时，滴加氨水溶液，调节pH为9-10，搅拌反应130-140分钟，依次加入4.5-6重量份的无水乙醇、1-2重量份的无水氯化钙，升高反应釜温度为65-70℃，搅拌10-20分钟，控制真空度为0.08-0.1MPa，调节反应釜温度为160-170℃，保温反应6-7小时，出料，过滤，将沉淀用去离子水与无水乙醇洗涤，真空60-65℃下干燥，即得所述季铵盐负载磁性聚噻吩材料。
2.根据权利要求1所述的一种季铵盐负载磁性聚噻吩材料的制备方法，其特征在于，所述步骤（4）、步骤（7）中氨水溶液的浓度均为10-13%。
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