CN108841001A - 一种聚芳醚腈吸附剂的制备方法及应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种聚芳醚腈吸附剂的制备方法，包括配制聚芳醚腈水溶液，交联金属离子后制得该吸附剂等步骤；本发明的有益效果是：金属离子与聚芳醚腈结构中的羧酸等活性基团交联，得到能够在水中稳定分散的聚芳醚腈吸附材料，聚芳醚腈结构中未反应的磺酸基团则协助聚芳醚腈在水中保持较强的亲水性，聚芳醚腈吸附材料结构中大量的苯环易与染料分子结构中的大π键共轭结构发生π‑π相互作用，形成较为稳定的结构，对染料具有极强的吸附性能，不会出现溶解度低分散不均匀导致吸附性差或者吸附后吸附剂团聚的问题，经过金属离子交联后的聚芳醚腈吸附材料强度高，具有可回收的特性。

Description

一种聚芳醚腈吸附剂的制备方法及应用
技术领域
本发明涉及高分子材料，尤其涉及一种聚芳醚腈吸附剂的制备方法及应用。
背景技术
随着现代工业的高速发展，染料被广泛应用于造纸、纺织、橡胶、皮革、塑料、化妆品、印刷等领域。染料是一类主链上含有大π键共轭结构而侧链上含有磺酸钠(-SO3Na)、羟基(-OH)等活性基团的化合物，稳定的主链结构决定了它们的颜色以及在光、热和氧化剂作用下的强稳定性，侧链上的活性基团则赋予它们在水中极佳的溶解性，而其结构上的特点都极大的增加了染料处理的难度。同时，大部分有机染料具有生物积累性，会诱发癌症以及皮肤和呼吸器官过敏等各种疾病，因此，工业的高速发展产生的大量染料废水给环境带来了巨大威胁。目前，染料废水的处理方法主要有化学沉降法、光催化降解法、生物法、离子交换法和吸附法等，大多数方法均具有一定的局限性，比如成本高、操作复杂、效率低、二次污染等。而采用吸附法处理废弃染料时，吸附效果可以通过调节吸附条件和吸附材料而实现对不同种类废水的处理，并且具有处理速度快、效率高和易于操作等优点。
聚芳醚腈作为一种以苯环和芳醚键为主链结构，强极性侧基氰基为侧链结构的新型高性能热塑性特种高分子材料，苯环及氰基赋予其较高的力学强度、耐酸碱腐蚀等特性，而醚键则赋予其一定的亲水性及加工柔韧性，此外，丰富多样的原料来源以及成熟的合成技术使其具有出色的性能可调性。具有亲水性网状分子结构的吸水性高分子吸附剂具有能够与阳离子和阴离子静电作用的离子吸附树脂的特点，通过分子设计制备具有一定结构特征与特征官能团的聚芳醚腈可以实现对染料的强吸附。相比于活性炭、碳纳米管及生物吸附剂等其他吸附剂，聚芳醚腈吸附材料具有显著的优点，如比表面积大、机械强度高、吸附容量大、再生简单，可在不降低性能的情况下重复使用，节约成本等。研究发现，高吸水性树脂中的网状结构对吸水性有很大的影响，而未经交联的树脂基本上没有吸附功能，经过少量交联后，吸附能力则会成倍增加，但交联后溶解能力会降低，在水中无法充分分散而影响吸附效果。
发明内容
本发明针对现有高分子树脂未交联吸附能力差，适度交联后吸附能力增强但分散性降低的问题，提供一种聚芳醚腈吸附剂的制备方法及应用。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种聚芳醚腈吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤，
1)称取一定质量的聚芳醚腈作为基体材料，将其溶解在水中配制浓度为10-100mg/ml的聚芳醚腈水溶液；
2)配制浓度为0.001-0.5mol/L的金属离子的盐溶液，按体积比1:1与步骤1)聚芳醚腈水溶液混合后磁力搅拌1min后进行离心分离，水洗3遍以去除未反应的聚芳醚腈和金属离子，干燥后即制得聚芳醚腈吸附剂。
所述聚芳醚腈侧链含有磺酸基或羧酸基，磺酸基和羧酸基均为亲水基，可增加聚芳醚腈的水溶性。
所述金属离子盐溶液为ZrCl4、AlCl3或ZnCl2的水溶液，高价金属离子和聚芳醚腈形成螯合物，具有类似交联聚合物的体型结构，具有较强的吸附能力。
本发明聚芳醚腈吸附剂可用来吸附废水中的染料，聚芳醚腈分子链中大量的苯环易与染料分子中的大π键共轭结构发生π-π相互作用，形成较为稳定的结构。
本发明的有益效果是：本发明将金属离子与聚芳醚腈结构中的羧酸等活性基团交联，得到能够在水中稳定分散的聚芳醚腈吸附材料，聚芳醚腈结构中未反应的磺酸基团则协助聚芳醚腈在水中保持较强的亲水性。同时，聚芳醚腈吸附材料结构中大量的苯环易与染料分子结构中的大π键共轭结构发生π-π相互作用，形成较为稳定的结构，加之分子链上较多的亲水基团，在二者共同作用下最终使得聚芳醚腈吸附材料不仅对染料具有极强的吸附性能，同时，还能够均匀地溶解在水中，不会出现溶解度低分散不均匀导致吸附性差或者吸附后吸附剂团聚的问题。并且，经过金属离子交联后的聚芳醚腈吸附材料强度高，具有可回收的特性。
附图说明
图1为聚芳醚腈基体材料(A)和实施例1(B)、实施例2(C)、实施例3(D)聚芳醚腈吸附剂的扫描电子显微镜图；
图2为聚芳醚腈基体材料(PEN)水溶液和实施例1(+ZrCl4)、实施例2(+AlCl3)、实施例3(+ZnCl2)聚芳醚腈吸附剂水溶液上层和下层溶液的荧光图谱；
图3为实施例1聚芳醚腈吸附材料对罗丹明染料(RhB)的吸附量(A)和染料浓度(B)随吸附时间的变化曲线；
图4为实施例3聚芳醚腈吸附材料对亚甲基蓝染料(MB)的吸附量(A)和染料浓度(B)随吸附时间的变化曲线。
具体实施方式
以下结合实例对本发明进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
一种聚芳醚腈吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
1)称取一定质量侧链含有磺酸基的聚芳醚腈作为基体材料，将其溶解在水中配制浓度为100mg/ml的聚芳醚腈水溶液；
2)配制浓度为0.5mol/L的ZrCl4水溶液，按体积比为1:1与步骤1)聚芳醚腈水溶液混合后磁力搅拌1min后进行离心分离，水洗3遍以去除未反应的聚芳醚腈和金属离子，干燥后即制得聚芳醚腈吸附剂。
实施例2
一种聚芳醚腈吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
1)称取一定质量侧链含有磺酸基或羧酸基的聚芳醚腈作为基体材料，将其溶解在水中配制浓度为55mg/ml的聚芳醚腈水溶液；
2)配制浓度为0.25mol/L的AlCl3水溶液，按体积比为1:1与步骤1)聚芳醚腈水溶液混合后磁力搅拌1min后进行离心分离，水洗3遍以去除未反应的聚芳醚腈和金属离子，干燥后即制得聚芳醚腈吸附剂。
实施例3
一种聚芳醚腈吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
1)称取一定质量侧链含有磺酸基或羧酸基的聚芳醚腈作为基体材料，将其溶解在水中配制浓度为10mg/ml的聚芳醚腈水溶液；
2)配制浓度为0.001mol/L的ZnCl2水溶液，按体积比为1:1与步骤1)聚芳醚腈水溶液混合后磁力搅拌1min后进行离心分离，水洗3遍以去除未反应的聚芳醚腈和金属离子，干燥后即制得聚芳醚腈吸附剂。
从图1扫描电子显微镜图可以看出，聚芳醚腈的微观形貌表面较为平整，交联金属离子后制得的聚芳醚腈吸附剂的微观形貌发生明显的变化，从实施例1到实施例3，交联不同金属离子和不同浓度的聚芳醚腈吸附剂均呈现球形颗粒样貌，表明聚芳醚腈与金属离子发生了交联，且交联均匀。
图2(A)表明，聚芳醚腈在500nm处较强的荧光发射峰，加入与金属离子作用后体系的上层清液中几乎没有荧光，表明上层清液中聚芳醚腈的含量极少，图2(B)表明，聚芳醚腈在与金属离子后絮凝在体系底部，并且依然保持有较强的荧光性能，图1说明聚芳醚腈在分别在Zr4+、Al3+和Zn2+这三种金属离子作用下能进行一定程度的交联，并且均可形成稳定的水溶液。
将实施例1和实施例3聚芳醚腈吸附剂分别吸附罗丹明染料(RhB)和亚甲基蓝染料(MB)进行吸附，记录不同时间吸附情况如图3和图4所示，从图3和图4曲线可以看出，交联不同金属离子和不同浓度的聚芳醚腈吸附剂对不同染料均表现出较强的吸附能力，说明本聚芳醚腈吸附剂在较宽的范围内可保持较好的吸附能力，可应用于不同的条件下染料的吸附。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种聚芳醚腈吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)称取一定质量的聚芳醚腈作为基体材料，将其溶解在水中配制浓度为10-100mg/ml的聚芳醚腈水溶液；
2)配制浓度为0.001-0.5mol/L的金属离子的盐溶液，按体积比1:1与步骤1)聚芳醚腈水溶液混合后磁力搅拌1min后进行离心分离，水洗3遍以去除未反应的聚芳醚腈和金属离子，干燥后即制得聚芳醚腈吸附剂。
2.根据权利要求1所述的聚芳醚腈吸附剂的制备方法，其特征在于，所述聚芳醚腈侧链含有磺酸基或羧酸基。
3.根据权利要求1所述的聚芳醚腈吸附剂的制备方法，其特征在于，所述金属离子盐溶液为ZrCl4、AlCl3或ZnCl2的水溶液。
4.一种如权利要求1-3任一项所述的制备方法所制备的聚芳醚腈吸附剂的应用，其特征在于，所述聚芳醚腈吸附剂用作吸附废水中的染料。
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CN106084260A (zh) * 2016-06-14 2016-11-09 吉林市润成膜科技有限公司 一种pvdf吸附膜的制备方法

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