CN112547028A - 一种吸附阳离子染料的松香基磁性多孔微球的制备方法及应用 - Google Patents

一种吸附阳离子染料的松香基磁性多孔微球的制备方法及应用 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种吸附阳离子染料的松香基磁性多孔微球的制备方法及应用，首先将松香单体，交联剂，功能单体、磁流体和引发剂，溶解在混合致孔剂中，作为油相；然后将分散稳定剂加入到水溶液中，溶解完全，得到水相；最后在搅拌条件下将油相缓慢加入到水相中，搅拌30min，在一定的搅拌速度下升温聚合，通过悬浮聚合法得到多孔的松香基磁性微球。本发明的松香基微球为球形多孔材料，且具有羧基离子基团，制备工艺简单，具有磁性易于分离，且所得微球可用于吸附水溶液中的阳离子染料，具有良好的吸附效果。

Description

一种吸附阳离子染料的松香基磁性多孔微球的制备方法及 应用
技术领域
本发明属于吸附树脂合成领域，具体涉及一种吸附阳离子染料的松香基磁性多孔微球的制备方法及应用
背景技术
我国是阳离子染料生产大国，主要被用于棉、纺织、纤维的着色、造纸、皮革、颜料等领域，随着印染行业对阳离子染料的需求逐渐增大，生产过程中排放的染料污水也越来越多，环境污染日益加剧。且阳离子染料多具有复杂的分子结构，在环境中稳定，难以降解，且染料废水中含有大量的重金属离子，对环境及人类的伤害巨大，因此寻找合理高效的阳离子染料废水处理技术成为迫切需要解决的问题。目前染料废水的后处理方法有很多，比如膜分离法、氧化法、凝聚法、生物降解法、吸附法、光催化氧化法等等，其中吸附法具有成本较低、处理效果好、无毒可重复使用等优势，已成为染料废水处理中最具前景的技术之一。
松香是一种来源于松树松脂的丰富天然林产产品，主要成分是具有三元菲环刚性骨架结构的松香树脂酸，树脂酸中具有的三元菲环结构，具有高疏水性，与石油基衍生的苯、萘、环己烷等具有相似的结构，使所得聚合物具有较好的热稳定性和氧化稳定性，被认为是制备绿色聚合物材料的优良可再生资源，在一定程度上能够替代部分石油基芳香原料用于合成高分子聚合物材料。目前利用松香为原料制备吸附材料也有一些文献报道：CN110845660A中公开了一种松香基阴离子大孔吸附树脂的制备方法，其利用丙烯海松酸丙烯酸乙二醇酯为交联剂，采用悬浮聚合法制备松香基阴离子大孔吸附树脂，但该材料对带有负电荷的物质具有吸附作用，而对于阳离子电荷物质不适应。CN103073090A中利用羧基化松香基聚合物微球去除水中的亚甲基蓝，但吸附容量仅有几十毫克，吸附容量较小。
发明内容
针对现有技术存在的一些问题，本发明所要解决的问题是提供一种吸附阳离子染料的松香基磁性多孔微球的制备方法，在多孔微球中引入松香结构骨架，并同时加入交联剂和功能单体制备多孔的松香基吸附材料。利用羧基碱化后形成的COO-易于与阳离子物质结合的特性，提高微球对吸附质的吸附能力，解决阳离子染料吸附容量低的问题。同时利用磁性微球能够快速分离的特性，减少操作步骤。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种吸附阳离子染料的松香基磁性多孔微球的制备方法及应用，包括以下制备步骤：
(1)将100质量份的松香单体、交联剂和功能单体混合物，20份磁流体，及2～4质量份引发剂溶于混合致孔剂中，并超声分散均匀，获得油相；然后将分散稳定剂分散在600-1000质量份去离子水中，并在N2保护下室温搅拌溶解10min，制备水相，将油相混合溶液在高速搅拌状态下缓慢滴加入水相中，并在室温下搅拌30min后升温至80～100℃进行聚合反应，反应时间2～6h，反应结束后通过洗涤过滤获得磁性微球，用无水乙醇进行抽提制得表面干净的松香基磁性微球。
(2)将清洗后得到的松香基磁性微球分散于水溶液中，用10％NaOH或KOH溶液进行碱化处理，并在室温下搅拌30h，结束后用去离子水反复洗涤至中性，并放在真空干燥箱中干燥，得到松香基磁性多孔微球吸附剂。
优选地，步骤(1)中，松香单体为脱氢枞酸(2-甲基丙烯酰氧基异丙醇基)酯，交联剂为TMPTMA，DPGDA中的一种，功能单体为丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种，其重量比为1-4∶3-4∶0.5-1，；该松香单体DAGMA的分子结构为：
Figure BSA0000225944920000021
优选地，步骤(1)中，引发剂为BPO。
优选地，步骤(1)中，混合致孔剂为乙酸乙酯、正辛烷的混合物，两者的体积比为2/1～3/1。
优选地，步骤(1)中，聚合反应的搅拌速度为400～600rpm。
优选地，步骤(1)中，分散稳定剂为十二烷基硫酸钠，聚乙烯吡咯烷酮K30中的两种混合，两者质量比例为1～3∶20～30。
优选地，步骤(1)中，制备的微球表面为多孔洞结构，微球尺寸较大，大于100微米。
优选地，步骤(2)中，碱化处理的温度为30～35℃。
所述使用该材料去除水中的阳离子染料，包括但不仅限于亚甲基蓝和结晶紫。
根据权利要求8所述的松香基磁性多孔微球吸附剂的应用，优选地，向含有阳离子染料的溶液中加入松香基多孔微球吸附剂，在震荡速率为150转/min，温度为30℃恒温振荡器中，晃动反应24h，吸附阳离子染料，在吸附实验中，吸附剂与染料的质量比1∶0.05～1
此天然富含苯环结构的吸附材料机械性能稳定且对阳离子染料具有良好的吸附性能，具有较大的使用价值和广阔的应用前景。
本发明的有益效果：
本发明的一种吸附阳离子染料的松香基磁性多孔微球吸附剂不仅制备过程简单、成本低廉，有效吸附阳离子染料，而且具有良好的稳定性，具有磁性易于回收。
本发明制得的吸附剂富含羧基和羟基，对结晶紫和亚甲基蓝等阳离子染料的水溶液吸附有较强的吸附能力，吸附容量高。
附图说明
附图为实施例1所述微球的扫描电镜图
具体实施方式
下面将结合具体实施例对本发明进一步详细说明，但不限于本发明的保护范围。
实施例1
(1)将100质量份的松香单体DAGMA、交联剂DPGDA和功能单体MAA混合物(质量比为2∶3∶0.5)，20份磁流体，及2质量份引发剂BPO溶于混合致孔剂中，乙酸乙酯与正辛烷的体积比为2∶1，并超声分散均匀，获得油相；然后将10质量份的分散稳定剂SDS和K30(质量比1∶20)分散在1000质量份去离子水中，并在室温下搅拌溶解10min，制备水相，将油相混合溶液在高速搅拌状态下缓慢滴加入水相中，并在N2保护下室温搅拌30min后升温至90℃进行聚合反应，搅拌速度为600rpm，反应时间3h，反应结束后通过洗涤过滤获得磁性微球，用无水乙醇进行抽提获得表面干净的松香基微球。
(2)将清洗后得到的磁性微球分散于水溶液中，用10％NaOH溶液进行碱化处理，并在33℃下搅拌30h，结束后用去离子水反复洗涤至中性，并放在真空干燥箱中干燥，得到松香基磁性多孔微球吸附剂。
实施例2
(1)将100质量份的松香单体DAGMA、交联剂TMPTMA和功能单体AA混合物(质量比为1∶3∶1)，20份磁流体，及3质量份引发剂BPO溶于混合致孔剂中，乙酸乙酯与正辛烷的体积比为3∶1，并超声分散均匀，获得油相；然后将10质量份的分散稳定剂SDS和K30(质量比3∶30)分散在600质量份去离子水中，并在N2保护下室温搅拌溶解10min，制备水相，将油相混合溶液在高速搅拌状态下缓慢滴加入水相中，并在室温下搅拌30min后升温至80℃进行聚合反应，搅拌速度为600rpm，反应时间4h，反应结束后通过洗涤过滤获得磁性微球，用无水乙醇进行抽提获得表面干净的松香基磁性微球。
(2)将清洗后得到的磁性微球分散于水溶液中，用10％KOH溶液进行碱化处理，并在30℃下搅拌30h，结束后用去离子水反复洗涤至中性，并放在真空干燥箱中干燥，得到松香基磁性多孔微球吸附剂。
实施例3
(1)将100质量份的松香单体DAGMA、交联剂DPGDA和功能单体MAA混合物(质量比为4∶4∶0.5)，20份磁流体，及4质量份引发剂BPO溶于混合致孔剂中，乙酸乙酯与正辛烷的体积比为2∶1，并超声分散均匀，获得油相；然后将10质量份的分散稳定剂SDS和K30(质量比2∶30)分散在700质量份去离子水中，并在N2保护下室温搅拌溶解10min，制备水相，将油相混合溶液在高速搅拌状态下缓慢滴加入水相中，并在室温下搅拌30min后升温至100℃进行聚合反应，搅拌速度为400rpm，反应时间6h，反应结束后通过洗涤过滤获得磁性微球，用无水乙醇进行抽提获得表面干净的松香基微球。
(2)将清洗后得到的磁性微球分散于水溶液中，用10％KOH溶液进行碱化处理，并在35℃下搅拌30h，结束后用去离子水反复洗涤至中性，并放在真空干燥箱中干燥，得到松香基磁性多孔微球吸附剂。
实施例4
(1)将100质量份的松香单体DAGMA、交联剂TMPTMA和功能单体AA混合物(质量比为4∶3∶1)，20份磁流体，及3质量份引发剂BPO溶于混合致孔剂中，乙酸乙酯与正辛烷的体积比为3∶1，并超声分散均匀，获得油相；然后将10质量份的分散稳定剂SDS和K30(质量比1∶25)分散在900质量份去离子水中，并在N2保护下室温搅拌溶解10min，制备水相，将油相混合溶液在高速搅拌状态下缓慢滴加入水相中，并在室温下搅拌30min后升温至80℃进行聚合反应，搅拌速度为500rpm，反应时间5h，反应结束后通过洗涤过滤获得磁性微球，用无水乙醇进行抽提获得表面干净的松香基磁性微球。
(2)将清洗后得到的磁性微球分散于水溶液中，用10％NaOH溶液进行碱化处理，并在30℃下搅拌30h，结束后用去离子水反复洗涤至中性，并放在真空干燥箱中干燥，得到松香基磁性多孔微球吸附剂。
实施例5
(1)将100质量份的松香单体DAGMA、交联剂TMPTMA和功能单体AA混合物(质量比为2∶3∶1)，20份磁流体，及2质量份引发剂BPO溶于混合致孔剂中，乙酸乙酯与正辛烷的体积比为2∶1，并超声分散均匀，获得油相；然后将10质量份的分散稳定剂SDS和K30(质量比2∶30)分散在900质量份去离子水中，并在N2保护下室温搅拌溶解10min，制备水相，将油相混合溶液在高速搅拌状态下缓慢滴加入水相中，并在室温下搅拌30min后升温至90℃进行聚合反应，搅拌速度为500rpm，反应时间2h，反应结束后通过洗涤过滤获得磁性微球，用无水乙醇进行抽提获得表面干净的松香基微球。
(2)将清洗后得到的磁性微球分散于水溶液中，用10％NaOH溶液进行碱化处理，并在33℃下搅拌30h，结束后用去离子水反复洗涤至中性，并放在真空干燥箱中干燥，得到松香基磁性多孔微球吸附剂。
应用试验
利用本发明实施例1所提供的松香基磁性多孔微球吸附剂进行吸附容量测试实验，实验过程如下：首先配制1000mg/L的结晶紫和亚甲基蓝溶液，以此为母液稀释成不同浓度的溶液，称取20mg上面实施例中得到的松香基多孔磁性微球吸附剂，分别加入到20mL不同浓度的结晶紫和亚甲蓝蓝溶液中，在温度为30℃、震荡速率为150转/min恒温振荡器中晃动反应24h，吸附阳离子染料，在吸附实验中，吸附剂与染料的质量比1∶0.05-1，即染料的浓度从50mg/L增加到1000mg/L，初始pH无调整。
在此实验条件下，在不同浓度条件下对亚甲基蓝和结晶紫的吸附量如下：
可以看到随着染料浓度的升高，吸附量增加，对亚甲基蓝和结晶紫最大吸附量可分别达到510.48mg/g和598.66mg/g。
Figure BSA0000225944920000041

Claims (10)

1.一种吸附阳离子染料的松香基磁性多孔微球的制备方法，其特征在于，包括以下制备步骤：
(1)将100质量份的松香单体、交联剂和功能单体混合物，20份磁流体，及2～4质量份引发剂溶于混合致孔剂中，并超声分散均匀，获得油相；然后将分散稳定剂分散在600～1000质量份去离子水中，并在室温下搅拌溶解10min，制备水相，将油相混合溶液在高速搅拌状态下缓慢滴加入水相中，并在N2保护下室温搅拌30min后升温至80～100℃进行聚合反应，反应时间2～6h，反应结束后通过洗涤过滤获得磁性微球，用无水乙醇进行抽提制得表面干净的松香基磁性微球。
(2)将清洗后得到的松香基磁性微球分散于水溶液中，用10％NaOH或KOH溶液进行碱化处理，并在室温下搅拌30h，结束后用去离子水反复洗涤至中性，并放在真空干燥箱中干燥，得到松香基磁性多孔微球吸附剂。
2.根据权利要求1所述的吸附阳离子染料的松香基磁性多孔微球的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，松香单体为脱氢枞酸(2-甲基丙烯酰氧基异丙醇基)酯(DAGMA)，交联剂为三羟甲基丙烷三甲基丙烯酸酯(TMPTMA)，二丙二醇二丙烯酸酯(DPGDA)中的一种，功能单体为丙烯酸、甲基丙烯酸中的一种，其重量比为1-4∶3-4∶0.5-1；该松香单体DAGMA的分子结构为：
Figure FSA0000225944910000011
3.根据权利要求1所述的吸附阳离子染料的松香基磁性多孔微球的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，引发剂为过氧化苯甲酰(BPO)。
4.根据权利要求1所述的吸附阳离子染料的松香基磁性多孔微球的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，混合致孔剂为乙酸乙酯、正辛烷的混合物，两者的体积比为2/1～3/1。
5.根据权利要求1所述的吸附阳离子染料的松香基磁性多孔微球吸附剂的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，聚合反应的搅拌速度为400～600rpm。
6.根据权利要求1所述的吸附阳离子染料的松香基磁性多孔微球的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，分散稳定剂为十二烷基硫酸钠(SDS)，聚乙烯吡咯烷酮K30中的两种混合，两者质量比例为1～3∶20～30。
7.根据权利要求1所述的吸附阳离子染料的松香基磁性多孔微球的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，制备的微球表面为多孔洞结构，微球尺寸较大，大于100微米。
8.根据权利要求1所述的吸附阳离子染料的松香基磁性多孔微球的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，碱化处理的温度为30～35℃。
9.根据权利要求1-8所述的方法制备得到的松香基磁性多孔微球吸附剂，使用该材料去除水中的阳离子染料，包括但不仅限于亚甲基蓝(MB)和结晶紫(CV)。
10.根据权利要求9所述的松香基磁性多孔微球吸附剂的应用，其特征在于，向含有阳离子染料的溶液中加入松香基多孔微球吸附剂，在震荡速率为150转/min，温度为30℃恒温振荡器中，晃动反应24h，吸附阳离子染料，在吸附实验中，吸附剂与染料的质量比1∶0.05～1。
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