CN108273477B - 一种多孔聚离子液体吸附剂及其应用 - Google Patents

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Abstract

一种多孔聚离子液体吸附剂及其应用，涉及功能性聚离子液体。所述多孔聚离子液体吸附剂为刚性骨架聚离子液体吸附剂，所述聚离子液体由通式单体VIm‑6进行自由基聚合反应所获得的PVIm‑6。所述PVIm‑6是通过超临界二氧化碳处理后得到的多孔聚离子液体，所述多孔聚离子液体具有孔结构，BET比表面积～800m2/g、孔容～2.0cm3/g、孔径分布为2～100nm。所述多孔聚离子液体吸附剂在制备气体吸附剂、重金属离子吸附剂和染料吸附剂中应用。所述气体吸附剂尤其是二氧化碳气体吸附剂，多孔聚离子液体PVIm‑6在气体吸附中的应用，尤其用于吸附二氧化碳气体。

Description

一种多孔聚离子液体吸附剂及其应用
技术领域
本发明涉及功能性聚离子液体，尤其是涉及一种多孔聚离子液体吸附剂及其应用。
背景技术
由于全球对温室效应和二氧化碳减排问题的重视，同时二氧化碳也是一种潜在的碳资源，使得对二氧化碳进行回收、固定、利用及再资源化成为世界各国十分关注的问题。另外，与重金属和染料相关的工业包括纺织、皮革、造纸、食品、化妆品和医药等行业在人们物质生活的提高方面扮演重要的角色，但是大量含有重金属离子和染料的废水的任意排放，给水体和人类的健康都带来了严重的危害。吸附是解决以上问题的有效办法，但是传统的吸附剂包括活性炭、沸石、离子树脂、硅胶以及天然高分子材料等通常具有吸附量较低、去除效率低、吸附动力学慢以及吸附选择性较差等特点，因此，开发一种新型可高效吸附二氧化碳、重金属离子和染料的吸附剂具有重要的工业价值。
聚离子液体是一类由离子液体单体聚合得到的，兼具离子液体和聚合物性质有机聚合物，因其具有结构和功能可调性、良好的化学和热稳定性，在吸附、催化、储能等领域具有重要的应用前景。多孔聚离子液体中丰富的孔道结构有利于传质和传热的进行，较大的比表面积有利于提供大量的吸附位点。所以，多孔聚离子液体有望成为吸附以二氧化碳为代表的气体、重金属离子和染料的高效吸附剂。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种多孔聚离子液体吸附剂及其应用。
所述多孔聚离子液体吸附剂为刚性骨架聚离子液体吸附剂，所述聚离子液体由以下通式单体VIm-6进行自由基聚合反应所获得的PVIm-6：
Figure BDA0001572994100000011
所述PVIm-6是通过超临界二氧化碳处理后得到的多孔聚离子液体，所述多孔聚离子液体具有孔结构，BET比表面积～800m2/g、孔容～2.0cm3/g、孔径分布为2～100nm。
所述多孔聚离子液体吸附剂在制备气体吸附剂、重金属离子吸附剂和染料吸附剂中应用。
所述气体吸附剂尤其是二氧化碳气体吸附剂，多孔聚离子液体PVIm-6在气体吸附中的应用，尤其用于吸附二氧化碳气体。美国Micro Meritics仪器公司生产的ASAP 2020型物理吸附仪测试，其0℃时吸附量高达3.60mmol/g。
所述多孔聚离子液体PVIm-6在重金属离子吸附中的应用，尤其用于吸附重铬酸根离子。往100mL已知浓度为50～500ppm的重铬酸钾水溶液中，加入一定量样品，待达到吸附平衡，取溶液进行257nm的紫外检测，通过计算得到常温下重铬酸根吸附量高达628mg/g。
所述多孔聚离子液体PVIm-6在染料吸附中的应用，尤其用于吸附甲基橙。往100mL已知浓度为50～500ppm的甲基橙水溶液中，加入一定量样品，待达到吸附平衡，取溶液进行465nm的紫外检测，通过计算得到常温下甲基橙吸附量高达1509mg/g。
本发明的有益效果如下：
1)本发明所涉及的一种多孔聚离子液体PVIm-6作为气体吸附剂，增强了与二氧化碳的相互作用，增加了与二氧化碳的接触面积，获得了很高的二氧化碳吸附量，且明显高于其他聚离子液体对二氧化碳的吸附量。
2)本发明所涉及的多孔聚离子液体PVIm-6作为重金属离子吸附剂，具有很高的阴离子含量，可以有效吸附重铬酸根离子，易于操作，且吸附剂容易再生，其对重铬酸根的吸附量远高于其他吸附剂对重根酸根的吸附量。
3)本发明所涉及的多孔聚离子液体PVIm-6作为染料吸附剂，可以有效吸附甲基橙，易于操作，且吸附剂容易再生，其对甲基橙的吸附量远高于其他吸附剂对甲基橙的吸附量。
附图说明
图1为多孔聚离子液体PVIm-6的氮气吸脱附曲线。
图2为多孔聚离子液体PVIm-6的孔径分布扫描电镜图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
以下通式所述离子液体单体VIm-6(结构如下)聚合，经超临界二氧化碳处理所得多孔聚离子液体PVIm-6为例。
Figure BDA0001572994100000031
实施例1制备多孔聚离子液体PVIm-6
向250mL圆底烧瓶中分别加入四氢呋喃(50mL)、1,2,3,4,5,6-六(溴甲基)苯(6.36g，10mmol)和1-乙烯基咪唑(6.78g，72mmol)，氮气保护，室温条件下搅拌24h。利用3×150mL乙酸乙酯洗涤沉淀物，之后固体在真空条件下80℃干燥12h得到定量收率的离子液体单体VIm-6。
向容积为100mL的聚四氟乙烯反应器中加入二甲亚砜(35mL)、蒸馏水(5mL)、单体VIm-6(10.00g)和偶氮二异丁腈(1.00g)，室温搅拌2h后，将密闭的反应器置于100℃下反应24h。待反应物将至室温，取出聚合物，先后用3×400mL蒸馏水和3×400mL无水乙醇洗涤，得到聚离子液体PVIm-6。
将上述聚离子液体PVIm-6在温度为100℃、压力为15MPa下以1L/min的流速处理3h，得到目标样品多孔聚离子液体PVIm-6。
所得多孔聚离子液体具有丰富的介孔孔道结构，测得：BET比表面积为797.7m2/g、孔容为2.05cm3/g、平均孔径为9.64nm。该多孔聚离子液体PVIm-6的氮气吸脱附曲线、孔径分布电镜图如图1和2所示。
应用实施例1多孔聚离子液体PVIm-6
多孔聚离子液体PVIm-6用于二氧化碳气体吸附：测试前，先将0.20g样品PVIm-6在真空状态下于180℃预处理3h。分析过程中以二氧化碳为吸附质，在温度为0℃时，以美国MicroMeritics仪器公司生产的ASAP2020型物理吸附仪进行二氧化碳吸附量测定。多孔聚离子液体PVIm-6和其他聚离子液体对二氧化碳的吸附量结果见表1。
表1
Figure BDA0001572994100000041
*0℃和1个大气压。
表1表明，本发明制备的多孔聚离子液体PVIm-6优于目前文献报道的聚离子液体。
应用实施例2多孔聚离子液体PVIm-6
一种多孔聚离子液体PVIm-6用于重铬酸根离子吸附：在25℃下，往100mL已知浓度为50、100、150、200、250、300、350、400、450ppm的重铬酸钾水溶液中，加入0.040g样品PVIm-6，3h候后待达到吸附平衡，取溶液进行257nm的紫外检测，通过计算得到饱和吸附量数据。多孔聚离子液体PVIm-6和其他吸附剂对重铬酸钾的吸附量结果见表2。
表2
Figure BDA0001572994100000042
表2表明，本发明制备的多孔聚离子液体PVIm-6优于目前文献报道的吸附剂。
应用实施例3多孔聚离子液体PVIm-6
一种多孔聚离子液体PVIm-6用于甲基橙吸附：在25℃下，往100mL已知浓度为50、100、150、200、250、300、350、400、450ppm的甲基橙水溶液中，加入0.020g样品PVIm-6，3h后待达到吸附平衡，取溶液进行465nm的紫外检测，通过计算得到饱和吸附量数据。多孔聚离子液体PVIm-6和其他吸附剂对甲基橙的吸附量结果如表3。
表3
Figure BDA0001572994100000051
表3表明，本发明制备的多孔聚离子液体PVIm-6优于目前文献报道的吸附剂。

Claims (7)

1.一种多孔聚离子液体吸附剂，其特征在于所述多孔聚离子液体是由以下通式单体VIm-6进行自由基聚合反应，经超临界二氧化碳处理后得到的多孔聚离子液体PVIm-6：
Figure 265820DEST_PATH_IMAGE001
所述多孔聚离子液体具有孔结构，BET比表面积797.7～800 m2/g、孔容2.0～2.05cm3/g、孔径分布为2～100 nm。
2.权利要求1所述一种多孔聚离子液体吸附剂的应用，其特征在于所述多孔聚离子液体吸附剂在制备气体吸附剂中应用。
3.如权利要求2所述的应用，其特征在于所述气体吸附剂为二氧化碳气体吸附剂。
4.权利要求1所述一种多孔聚离子液体吸附剂的应用，其特征在于所述多孔聚离子液体吸附剂在制备重金属离子吸附剂中应用。
5.如权利要求4所述的应用，其特征在于所述重金属离子吸附剂为重铬酸根离子吸附剂。
6.权利要求1所述一种多孔聚离子液体吸附剂的应用，其特征在于所述多孔聚离子液体吸附剂在制备染料吸附剂中应用。
7.如权利要求6所述的应用，其特征在于所述染料吸附剂为甲基橙吸附剂。
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