CN115181213A - 一种用于吸附金属离子的聚合物及其用途 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于吸附金属离子的聚合物,其是由杂环基烯烃的单体聚合而成的,制备单体还包括巯基烯烃、硫脲烯烃和链状单体。该聚合物具有多位点结构,可以较好的和金属进行络合。从而,在高悬浮和高化学需氧量环境下,对较高浓度的重金属也具有高的吸附效果,可以用在污水处理中吸附回收放射性金属、重金属、贵金属和稀土金属离子。
Description
技术领域
本发明涉及的是高分子材料技术领域(C08F226/00),尤其涉及一种用于吸附金属离子的聚合物及其用途。
背景技术
自工业革命开始以来,重金属污染已被确定为全球威胁。重金属污染由于其毒性而导致了严重的健康和环境危害。当大量含有重金属的废水未经处理被排放到自然水体中时,一部分会沉积到水底污泥中,成为潜在的危害;另一部分会被水生生物所吸收,随着食物链累积富集,对人类生命安全造成巨大的威胁。因此,水中重金属污染是世界上必不可少的环境问题。
常规的处理重金属废水的方法有:化学沉积、氧化还原、离子交换、电化学法、生物絮凝法和植物修复法等等。但是用常规的化学方法和生物方法修复重金属是不经济的,并且会产生大量的二次废物。因此国内外研究者都在探寻一种高效稳定的重金属处理方法。
专利(CN201610075538.8)涉及一种用于染料和重金属离子吸附的有机-无机杂化氨基聚合物吸附剂,主要利用了静电相互作用达到吸附金属离子的目的。这种静电相互力很容易受到其他带正电物质的干扰,降低聚合物的吸附能力。此外,专利(CN201510679949.3)公开了一种具有金属离子吸附性能的轻质多孔赤泥基无机聚合物介质及制备方法,其赤泥基无机聚合物可以较好的吸附金属离子和污水过滤。但是固体悬浮物可能会影响到赤泥基无机聚合物的负载能力,降低其吸附能力。
发明内容
为了解决上述问题,本发明的第一方面提供了一种用于吸附金属离子的聚合物,其是由杂环基烯烃的单体聚合而成的。
作为一种优选的技术方案,所述杂环基烯烃选自9-烯丙基-9H-咔唑、1-(烯丙基)吡咯烷-2-酮、乙烯基尿嘧啶、乙烯巯基嘧啶、4-(烯丙基氨基)-2-氨基嘧啶、4,6-二氯-2-乙烯基嘧啶、烯基噻二唑、烯基噻吩、烯基吡咯烷酮、烯基异噻唑啉酮、烯基乙内酰脲、烯基咪唑、烯基咪唑啉酮、烯基苯并噻唑、烯基苯并咪唑、烯基苯并恶唑、烯基喹啉、烯基苯并异噻唑啉酮及其衍生物中的一种或多种。
进一步地,所述杂环基烯烃选自9-烯丙基-9H-咔唑、1-(烯丙基)吡咯烷-2-酮中的一种或多种。
作为一种优选的技术方案,所述聚合物的制备单体还包括巯基烯烃、硫脲烯烃和链状单体。
进一步地,所述巯基烯烃选自巯基丙烯酸、巯基丙烯酸酯、巯基乙酰乙烯基亚胺、2-巯基苯并咪唑、巯基化丙烯酰胺中的一种或多种。
进一步地,所述硫脲烯烃选自烯丙基硫脲、1-烯丙基-3,3-二乙基-2-硫脲、1,3-二烯丙基-2-硫脲中的一种或多种。
进一步地,所述链状单体选自含羟基、羧基、胺基、磺酸基的单体;所述链状单体选自甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺中的一种或多种。
作为一种优选的技术方案,所述聚合物中杂环基烯烃、巯基烯烃、硫脲烯烃和链状单体的摩尔比为1:(0.5~1.5):(0.2~0.5):(1~2)。
本发明的第二方面提供了一种如上所述的用于吸附金属离子的聚合物的应用,其用于生产发泡海绵、纤维,或用于涂层海绵、絮片、纤维、织物、无纺布、纸品,用在污水处理中吸附回收放射性金属、重金属、贵金属和稀土金属离子。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
(1)聚合物中杂环基烯烃优选为1-(烯丙基)吡咯烷-2-酮;
杂环基烯烃是杂环化合物,杂环中的杂原子具有孤对电子,可以和金属进行络合;而1-(烯丙基)吡咯烷-2-酮的存在,使得杂环中的杂原子的电负性增高,可以对金属具有优异的络合能力。
(2)聚合物中巯基烯烃优选为2-巯基苯并咪唑;
2-巯基苯并咪唑中含有巯基和杂环,巯基可以与金属离子发生氧化还原反应,增强聚合物的吸附能力;2-巯基苯并咪唑的加入,可以使聚合物即便在高悬浮和高化学需氧量的环境下,对较高浓度的重金属也具有高的吸附效果。
(3)聚合物中链状单体优选为双丙酮丙烯酰胺;
双丙酮丙烯酰胺中含有N-取代的酰胺和甲酮,可以与1-(烯丙基)吡咯烷-2-酮、2-巯基苯并咪唑发生聚合,改变了聚合物的极性、大小,使杂环基烯烃、巯基烯烃、硫脲烯烃形成的多位点结构深入固体悬浮物,如污泥内部,进一步去除重金属,实现高效污水处理。
(4)聚合物由杂环基烯烃、巯基烯烃、硫脲烯烃和链状单体组成;
杂环基烯烃、巯基烯烃、硫脲烯烃中含有杂原子、胺基、巯基、不饱和键等功能基团,可以制备具有多位点的聚合物结构,链状单体可以通过与多种吸附基团的协同效应,提高聚合物的吸附性能。
(5)聚合物的数均分子量优选为20000~50000。
当聚合物的数均分子量为20000~50000时,具有优异的络合活性和柔性结构。当聚合物的分子量低于20000时,络合活性低,与金属离子的结合能力较差,反之分子量大于50000时,体系中刚性结构增强,影响使用聚合物原料之间的相容性和聚合物吸附金属离子的吸附性。
具体实施方式
为了解决上述问题,本发明的第一方面提供了一种用于吸附金属离子的聚合物。
在一些优选的实施方式中,所述聚合物的数均分子量为20000~50000。
在一些优选的实施方式中,所述聚合物的聚合反应温度为45℃~80℃。
下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是,以下实施例只用于对本发明作进一步说明,不能理解为对本发明保护范围的限制,该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整,仍属于本发明的保护范围。
另外,如果没有其它说明,所用原料都是市售得到的。
实施例1
实施例1提供了一种用于吸附金属离子的聚合物,其制备原料包括1-(烯丙基)吡咯烷-2-酮CAS NO:2687-97-0、2-巯基苯并咪唑CAS NO:583-39-1、烯丙基硫脲CAS NO:109-57-9和双丙酮丙烯酰胺CAS NO:2873-97-4;其中1-(烯丙基)吡咯烷-2-酮、2-巯基苯并咪唑、烯丙基硫脲和双丙酮丙烯酰胺的摩尔比为1:0.5:0.2:1,将1-(烯丙基)吡咯烷-2-酮、2-巯基苯并咪唑、烯丙基硫脲和双丙酮丙烯酰胺加入反应器中混合,脱除氧气,在45℃下进行聚合,得到聚合物,聚合物的数均分子量为20000。
实施例2
实施例2提供了一种用于吸附金属离子的聚合物,其制备原料包括1-(烯丙基)吡咯烷-2-酮、2-巯基苯并咪唑、烯丙基硫脲和双丙酮丙烯酰胺,其摩尔比为1:1:0.3:1.5,将1-(烯丙基)吡咯烷-2-酮、2-巯基苯并咪唑、烯丙基硫脲和双丙酮丙烯酰胺加入反应器中混合,脱除氧气,在60℃下进行聚合,得到聚合物,聚合物的数均分子量为30000。
实施例3
实施例2提供了一种用于吸附金属离子的聚合物,其制备原料包括1-(烯丙基)吡咯烷-2-酮、2-巯基苯并咪唑、烯丙基硫脲和双丙酮丙烯酰胺,其摩尔比为1:
1.5:0.5:2,将1-(烯丙基)吡咯烷-2-酮、2-巯基苯并咪唑、烯丙基硫脲和双丙酮丙烯酰胺加入反应器中混合,脱除氧气,在80℃下进行聚合,得到聚合物,聚合物的数均分子量为50000。
对比例1
对比例1提供了一种用于吸附金属离子的聚合物,其制备原料包括2-巯基苯并咪唑、烯丙基硫脲和双丙酮丙烯酰胺,其摩尔比为1:0.3:1.5,将2-巯基苯并咪唑、烯丙基硫脲和双丙酮丙烯酰胺加入反应器中混合,脱除氧气,在60℃下进行聚合,得到聚合物,聚合物的数均分子量为30000。
对比例2
对比例2提供了一种用于吸附金属离子的聚合物,其制备原料包括1-(烯丙基)吡咯烷-2-酮、2-巯基苯并咪唑和烯丙基硫脲,其摩尔比为1:1:0.3,将1-(烯丙基)吡咯烷-2-酮、2-巯基苯并咪唑和烯丙基硫脲加入反应器中混合,脱除氧气,在60℃下进行聚合,得到聚合物,聚合物的数均分子量为30000。
性能测试
将实施例1-3和对比例1-2得到的聚合物用于污水处理,测试金属的去除能力。
在悬浮物为617mg/L、化学需氧量为762mg/L、生化需氧量为494mg/L、Pb离子为138mg/L、Cr离子为83mg/L、Zn离子为162mg/L的污水中,加入千分之一的聚合物,进行处理,发现实施例1~3的聚合物的各金属去除率均在85%以上,金属去除能力较优异。对比例1~2的聚合物的各金属去除率均在60~75%范围内,金属去除能力一般。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对发明作其他形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或更改为等同变化的等效实施例,但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改,等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种用于吸附金属离子的聚合物,其特征在于,其是由杂环基烯烃的单体聚合而成的。
2.根据权利要求1所述的用于吸附金属离子的聚合物,其特征在于,所述杂环基烯烃选自9-烯丙基-9H-咔唑、1-(烯丙基)吡咯烷-2-酮、乙烯基尿嘧啶、乙烯巯基嘧啶、4-(烯丙基氨基)-2-氨基嘧啶、4,6-二氯-2-乙烯基嘧啶、烯基噻二唑、烯基噻吩、烯基吡咯烷酮、烯基异噻唑啉酮、烯基乙内酰脲、烯基咪唑、烯基咪唑啉酮、烯基苯并噻唑、烯基苯并咪唑、烯基苯并恶唑、烯基喹啉、烯基苯并异噻唑啉酮及其衍生物中的一种或多种。
3.根据权利要求2所述的用于吸附金属离子的聚合物,其特征在于,所述杂环基烯烃选自9-烯丙基-9H-咔唑、1-(烯丙基)吡咯烷-2-酮中的一种或多种。
4.根据权利要求1所述的用于吸附金属离子的聚合物,其特征在于,所述聚合物的制备单体还包括巯基烯烃、硫脲烯烃和链状单体。
5.根据权利要求4所述的用于吸附金属离子的聚合物,其特征在于,所述巯基烯烃选自巯基丙烯酸、巯基丙烯酸酯、巯基乙酰乙烯基亚胺、2-巯基苯并咪唑、巯基化丙烯酰胺中的一种或多种。
6.根据权利要求4所述的用于吸附金属离子的聚合物,其特征在于,所述硫脲烯烃选自烯丙基硫脲、1-烯丙基-3,3-二乙基-2-硫脲、1,3-二烯丙基-2-硫脲中的一种或多种。
7.根据权利要求4所述的用于吸附金属离子的聚合物,其特征在于,所述链状单体包含至少一种选自以下的官能团:羟基、羧基、胺基、磺酸基。
8.根据权利要求7所述的用于吸附金属离子的聚合物,其特征在于,所述链状单体选自甲基丙烯酰胺、丙烯酰胺、双丙酮丙烯酰胺、N-羟甲基丙烯酰胺中的一种或多种。
9.根据权利要求8所述的用于吸附金属离子的聚合物,其特征在于,所述聚合物中杂环基烯烃、巯基烯烃、硫脲烯烃和链状单体的摩尔比为1:(0.5~1.5):(0.2~0.5):(1~2)。
10.一种根据权利要求1~9任一项所述的用于吸附金属离子的聚合物的应用,其特征在于,其用于生产发泡海绵、纤维,或用于涂层海绵、絮片、纤维、织物、无纺布、纸品,用在污水处理中吸附回收放射性金属、重金属、贵金属和稀土金属离子。
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