CN113731376B - 一种聚酰亚胺与铝离子络合物的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚酰亚胺与铝离子络合物的制备方法，属于高分子复合材料领域，可应用于处理染料废水领域。该聚酰亚胺与铝离子络合物的制备方法为先将含有磺酸基的聚酰亚胺溶解在N‑甲基吡咯烷酮中，同时将铝研和十二烷基苯磺酸钠溶于水中，加入到聚酰亚胺的溶液中，在搅拌作用下，含有磺酸基的聚酰亚胺在水/N‑甲基吡咯烷酮中自组装，同时还与铝离子络合形成聚酰亚胺与铝离子络合物，加入大量水经沉淀、洗涤、干燥得到聚酰亚胺与铝离子络合物。本发明的制备方法简单快捷，成本低，性能高效稳定，易于分离回收等优点，易实现工业化。本发明所制备的聚酰亚胺与铝离子络合物对有机污染物具有优异的吸附性能，其中对亚甲基蓝的吸附性能大于500mg/g。

Description

一种聚酰亚胺与铝离子络合物的制备方法
技术领域
本发明涉及一种聚酰亚胺与铝离子络合物的制备方法，属于有机/无机材料复合材料领域。本发明制备的聚酰亚胺与铝离子络合物材料可以作为高吸附性能材料应用于处理染料废水，环境治理等领域。
背景技术
聚酰亚胺是一种高分子聚合物，其主链中含有酰亚胺基团，是一种综合性能优异的高分子材料，广泛应用于航天、航空、军工以及汽车等一些高新技术领域。尤其是耐低温和耐高温性能比较突出，聚酰亚胺常常被用作半导体材料，聚酰亚胺更是因为具有结构及功能的多样性、合成工艺的成熟性、加工方法的多样性、优异的综合性能以及广泛的应用领域而备受关注。
近年来，带有磺酸基团的聚酰亚胺被报道，带有磺酸基团的聚酰亚胺可以用于处理染料废水，环境治理等领域，然而聚合物本身容易团聚，难以实现有效的吸附基团的利用，因此吸附效果不佳。对于这类含有较反应基团的高分子，可采用交联的方法构筑三维高分子网络，提高聚合物的结构稳定性和性能多样性。其中，交联主要包括依靠高分子链之间的共价键作用而进行的化学交联，以及通过金属配位、离子相互作用、氢键、疏水缔合和主客体作用等进行的物理交联。其中，金属离子交联是最早研究的常温物理交联方法之一，尤其是以多价金属离子为交联剂制备的高分子基水处理剂，其稳定性好并具有可调的比表面积和反应位点，近年来在水治理的应用中备受科研工作者的青睐。磺酸基团中的氧与金属的相互作用相对较弱，但配位模式多样，与金属具有较大的桥联倾向，是很好的氢键受体；当单价钠离子被多价金属离子取代时，离子交联就发生了。因此在发明中，选用了带有磺酸基团的聚酰亚胺，使之与金属铝离子进行络合，以此来提高聚酰亚胺的吸附容量，形成高吸附性能的聚酰亚胺金属络合物材料。此方法操作简单快捷，成本低且绿色环保，可用于工业化生产。
发明内容
本发明的目的是针对直接使用带有磺酸基团的聚酰亚胺作为处理染料废水吸附剂时，存在聚合物本身容易团聚，难以实现有效的吸附基团的利用，因此吸附效果不佳问题，提出一种聚酰亚胺与铝离子络合物的制备方法，该方法制备的聚酰亚胺与铝离子络合物可以构筑三维高分子网络，有效提高吸附材料的吸附效率，实现高分子材料在处理染料废水领域的应用。具体为先将含有磺酸基的聚酰亚胺溶解在N-甲基吡咯烷酮中，同时将铝研和十二烷基苯磺酸钠溶于水中，加入到聚酰亚胺的溶液中，在搅拌作用下，含有磺酸基的聚酰亚胺在水/N-甲基吡咯烷酮中自组装，同时还与铝离子络合形成聚酰亚胺与铝离子络合物，加入大量水经沉淀、洗涤、干燥得到聚酰亚胺与铝离子络合物。
所述的一种聚酰亚胺与铝离子络合物的制备方法，其特征在于：其制备方法步骤以下：
(1)将具有附图1结构的含有磺酸基的聚酰亚胺加入到N-甲基吡咯烷酮中，30～80℃下搅拌0.5～2h，得到1～10mg/mL聚酰亚胺溶液；
(2)将十二烷基磺酸钠加入水中，配成2～10mg/mL溶液，同时向体系中加入铝盐，使铝离子浓度在2×10-3～10-2mol/L，其中铝盐为氯化铝、硝酸铝或者硫酸铝中的一种以上；
(3)将步骤(2)的产物加入到步骤(1)得到的聚酰亚胺溶液中，室温搅拌0.5～2h，然后在0.5～2h内向体系中加入去离子水，继续搅拌1～6h，其中铝盐溶液、聚酰亚胺溶液以及去离子水的体积比为1：5～20：10～50；
(4)向步骤三中再加入去离子水，过滤，洗涤后放入真空烘箱于40～100℃干燥6～12h得到聚酰亚胺与铝离子络合物，其中去离子水与N-甲基吡咯烷酮的体积比为1：2～10。
本发明的有益效果：本发明利用含有磺酸基的聚酰亚胺在水/N-甲基吡咯烷酮中自组装，同时还与铝离子络合原位形成聚酰亚胺与铝离子络合物。本发明的制备方法简单快捷，成本低，性能高效稳定，易于分离回收等优点，易实现工业化。本发明所制备的聚酰亚胺与铝离子络合物对有机污染物具有优异的吸附性能，其中对亚甲基蓝的吸附性能大于500mg/g。
附图说明
图1是两亲性聚酰亚胺的结构示意图
图2是实施例1制备的聚酰亚胺与铝离子络合物的SEM图
具体实施方式
以下介绍本发明制备方法的实施例，但以下实施例是用于说明本发明的示例，并不构成对本发明权利要求的任何限定。
实施例1
(1)将具有附图1结构的含有磺酸基的聚酰亚胺100mg加入到100mL的N-甲基吡咯烷酮中，50℃下搅拌1h，得到1mg/mL聚酰亚胺溶液；
(2)将40mg十二烷基磺酸钠加入20mL水中，配成2mg/mL溶液，同时向体系中加入氯化铝水合物，使铝离子浓度在5×10-3mol/L；
(3)将20mL步骤(2)的产物加入到100mL步骤(1)得到的聚酰亚胺溶液中，室温搅拌0.5h，然后在2h内向体系中加入200mL去离子水，继续搅拌2h；
(4)向步骤三中再加入500mL去离子水，过滤，洗涤后放入真空烘箱于60℃干燥8h得到聚酰亚胺与铝离子络合物。本发明所制备的聚酰亚胺与铝离子络合物的SEM图如附图2所示，其对有机污染物具有优异的吸附性能，其中对亚甲基蓝的吸附性能为780mg/g。
实施例2
(1)将具有附图1结构的含有磺酸基的聚酰亚胺1000mg加入到100mL的N-甲基吡咯烷酮中，50℃下搅拌1h，得到1mg/mL聚酰亚胺溶液；
(2)将40mg十二烷基磺酸钠加入20mL水中，配成2mg/mL溶液，同时向体系中加入氯化铝水合物，使铝离子浓度在5×10-3mol/L；
(3)将20mL步骤(2)的产物加入到100mL步骤(1)得到的聚酰亚胺溶液中，室温搅拌0.5h，然后在2h内向体系中加入200mL去离子水，继续搅拌2h；
(4)向步骤三中再加入500mL去离子水，过滤，洗涤后放入真空烘箱于60℃干燥8h得到聚酰亚胺与铝离子络合物。本发明所制备的聚酰亚胺与铝离子络合物对有机污染物具有优异的吸附性能，其中对亚甲基蓝的吸附性能为928mg/g。
实施例3
(1)将具有附图1结构的含有磺酸基的聚酰亚胺100mg加入到100mL的N-甲基吡咯烷酮中，50℃下搅拌1h，得到1mg/mL聚酰亚胺溶液；
(2)将40mg十二烷基磺酸钠加入20mL水中，配成2mg/mL溶液，同时向体系中加入硫酸铝，使铝离子浓度在5×10-3mol/L；
(3)将20mL步骤(2)的产物加入到100mL步骤(1)得到的聚酰亚胺溶液中，室温搅拌0.5h，然后在2h内向体系中加入200mL去离子水，继续搅拌2h；
(4)向步骤三中再加入500mL去离子水，过滤，洗涤后放入真空烘箱于60℃干燥8h得到聚酰亚胺与铝离子络合物。本发明所制备的聚酰亚胺与铝离子络合物对有机污染物具有优异的吸附性能，其中对亚甲基蓝的吸附性能为760mg/g。
实施例4
(1)将具有附图1结构的含有磺酸基的聚酰亚胺100mg加入到100mL的N-甲基吡咯烷酮中，50℃下搅拌1h，得到1mg/mL聚酰亚胺溶液；
(2)将40mg十二烷基磺酸钠加入20mL水中，配成2mg/mL溶液，同时向体系中加入氯化铝水合物，使铝离子浓度在1×10-2mol/L；
(3)将20mL步骤(2)的产物加入到100mL步骤(1)得到的聚酰亚胺溶液中，室温搅拌0.5h，然后在2h内向体系中加入200mL去离子水，继续搅拌2h；
(4)向步骤三中再加入500mL去离子水，过滤，洗涤后放入真空烘箱于60℃干燥8h得到聚酰亚胺与铝离子络合物。本发明所制备的聚酰亚胺与铝离子络合物对有机污染物具有优异的吸附性能，其中对亚甲基蓝的吸附性能为818mg/g。
实施例5
(1)将具有附图1结构的含有磺酸基的聚酰亚胺100mg加入到100mL的N-甲基吡咯烷酮中，50℃下搅拌1h，得到1mg/mL聚酰亚胺溶液；
(2)将40mg十二烷基磺酸钠加入20mL水中，配成2mg/mL溶液，同时向体系中加入氯化铝水合物，使铝离子浓度在5×10-3mol/L；
(3)将10mL步骤(2)的产物加入到100mL步骤(1)得到的聚酰亚胺溶液中，室温搅拌0.5h，然后在2h内向体系中加入200mL去离子水，继续搅拌2h；
(4)向步骤三中再加入500mL去离子水，过滤，洗涤后放入真空烘箱于60℃干燥8h得到聚酰亚胺与铝离子络合物。本发明所制备的聚酰亚胺与铝离子络合物对有机污染物具有优异的吸附性能，其中对亚甲基蓝的吸附性能为863mg/g。
实施例6
(1)将具有附图1结构的含有磺酸基的聚酰亚胺100mg加入到100mL的N-甲基吡咯烷酮中，50℃下搅拌1h，得到1mg/mL聚酰亚胺溶液；
(2)将40mg十二烷基磺酸钠加入20mL水中，配成2mg/mL溶液，同时向体系中加入硫酸铝和氯化铝水合物，使铝离子浓度在5×10-3mol/L，硫酸铝和氯化铝水合物摩尔比为1：1；
(3)将10mL步骤(2)的产物加入到100mL步骤(1)得到的聚酰亚胺溶液中，室温搅拌0.5h，然后在2h内向体系中加入200mL去离子水，继续搅拌2h；
(4)向步骤三中再加入500mL去离子水，过滤，洗涤后放入真空烘箱于60℃干燥8h得到聚酰亚胺与铝离子络合物。本发明所制备的聚酰亚胺与铝离子络合物对有机污染物具有优异的吸附性能，其中对亚甲基蓝的吸附性能为880mg/g。

Claims (1)

1.一种聚酰亚胺与铝离子络合物在对亚甲基蓝吸附中的应用，其特征在于：所述络合物的制备包括以下步骤：
(1)将含有磺酸基的聚酰亚胺加入到N-甲基吡咯烷酮中，30～80℃下搅拌0.5～2h，得到1～10mg/mL聚酰亚胺溶液，其中，含有磺酸基的聚酰亚胺的结构式如式I所示，
式I
(2)将十二烷基磺酸钠加入水中，配成2～10mg/mL溶液，同时向体系中加入铝盐，使铝离子浓度在2×10-3～10-2mol/L，其中铝盐为氯化铝、硝酸铝或者硫酸铝中的一种以上；
(3)将步骤(2)的产物加入到步骤(1)得到的聚酰亚胺溶液中，室温搅拌0.5～2h，然后在0.5～2h内向体系中加入去离子水，继续搅拌1～6h，其中铝盐溶液、聚酰亚胺溶液以及去离子水的体积比为1：5～20：10～50；
(4)向步骤(3)中再加入去离子水，过滤，洗涤后放入真空烘箱于40～100℃干燥6～12h得到聚酰亚胺与铝离子络合物，其中去离子水与N-甲基吡咯烷酮的体积比为1：2～10。
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