CN115888661A - 一种海绵与铁氧化物水性涂料复合物及其制备与应用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种海绵与铁氧化物水性涂料复合物及其制备与应用方法。所述制备方法包括：将海绵材料浸没于铁盐的水溶液中，待其充分吸收后取出，再与挥发性碱源液体置于密闭空间中，于60～120℃下共同加热45～50h，其后将海绵材料取出退火、清洗，并于60～120℃下再次加热10～12h，得到负载铁氧化物的海绵材料；将负载铁氧化物的海绵材料浸入水性涂料的组分溶液中，静置后取出并进行加热，至涂料固化后退火，得到所述海绵与铁氧化物水性涂料复合物。本发明所得复合物中铁氧化物粒径小、分布均匀、负载量大，复合物整体稳定性强、制备简单、成本低廉、回收方便、吸附能力强，不会产生二次污染。
Description
技术领域
本发明属于高分子复合吸附材料的技术领域，特别涉及多孔海绵与铁氧化物纳米粒子及水性涂料复合吸附材料。
背景技术
磷酸盐是生物体必需的营养物质，但当废水中磷酸盐含量过高后，会对环境和人体都造成威胁。如当废水中磷酸盐浓度大于1ppm后，水体很可能出现富养化，使蓝绿藻和葫芦样植物大量生长，导致水中溶解氧的含量显著降低。
对污水中磷酸盐超标的处理办法通常包括化学沉淀法、生物法、吸附法等。其中，化学沉淀法使用广泛，具有操作简单、除磷效率高等优点，但运用该方法产生的废物较多且难以处理，极大地增加了处理成本，且容易产生二次污染；生物法在运用控制和管理上要求非常严格，且除磷效果不稳定；吸附法除磷酸盐的机理主要包括静电引力吸附、羟基取代吸附、离子交换和表面络合吸附等，与其他除磷方法相比较，吸附法拥有低能耗、微污染、高效率和可再生等优势，在除磷邻域有着广泛的应用。
现有技术中的磷吸附材料大致分为黏土矿物类、金属氧化物类及金属矿物类、生物质类、活性炭以及有机聚合物类等五大类。其中，一种较有应用潜力的金属氧化物类吸附剂为铁氧化物纳米粒子，其与磷具有良好的亲和力，同时具有较大的比表面积和良好的磁性能，易于分离。
但单一的铁氧化物的吸附性能普遍较低，为增强其吸附能力，现有方法主要为使用与磷具有更强的结合能力的金属离子对铁氧化物进行掺杂，以制备吸附量更大的复合材料。但这类复合吸附材料仍然具有稳定性差、不宜回收、成本高、工艺流程复杂等问题，亟需得到解决。
发明内容
针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种新的铁氧化物纳米粒子复合吸附材料及其制备方法，并提供该复合吸附材料在磷吸附上的应用。本发明所得复合吸附材料制备过程简单、成本低廉、稳定性佳、吸附能力强，且易于回收。
本发明首先通过以下技术方案实现上述目的：
一种海绵与铁氧化物水性涂料复合物的制备方法，其包括：
将海绵材料浸没于铁盐的水溶液中，待其充分吸收后取出；
将取出的海绵材料与挥发性碱源液体置于密闭空间中，于60～120℃下共同加热45～50h，其后将海绵材料取出清洗，并于60～120℃下再次加热10～12h，得到负载铁氧化物的海绵材料；
将所述负载铁氧化物的海绵材料浸入水性涂料的组分溶液中，静置后取出并进行加热，至涂料固化，得到所述海绵与铁氧化物水性涂料复合物。
优选的，所述海绵材料选自聚氨酯海绵和/或碳海绵。
优选的，所述铁盐选自氯化铁和/或氯化亚铁。
优选的，所述铁盐的水溶液的质量浓度为8～12％。
优选的，所述挥发性碱源选自丙胺、丁胺、吡啶中的一种或多种。
优选的，所述水性涂料选自单组分水性聚酯涂料、双组分水性聚酯涂料及聚乙烯亚胺水性涂料中的一种或多种。
优选的，所述水性涂料的组分溶液的质量浓度为0.5～2％。
优选的，其中，所述海绵材料选自聚氨酯海绵或碳海绵；所述水性涂料选自水性聚酯涂料或聚乙烯亚胺水性涂料；所述铁盐选自氯化亚铁和氯化铁，其水溶液的质量浓度为8％，且其中氯化亚铁与氯化铁的摩尔比为1：1.2；所述共同加热的温度为120℃、时间为48h；所述再次加热的温度为120℃、时间为12h；所述静置的时间为30min，静置后取出并进行加热的温度为80℃、时间为12h。
本发明的制备方法可通过气相诱导生长使铁氧化物纳米粒子在海绵材料上原位生长，在此过程中，海绵表面的粗糙结构可对铁氧化物的粒径起到控制作用并提高其负载量，同时，本发明的制备方法通过热处理及与水性涂料层的复合，可使原位生长形成的铁氧化物纳米粒子锚定并固定在海绵上，显著增加了铁氧化物纳米粒子的负载量和吸附能力。
本发明进一步提供了根据上述制备方法制备得到的海绵与铁氧化物水性涂料复合物。
该复合物是由三种成分构成。其中，以多孔海绵的表面粗糙结构为成核点，铁氧化物以纳米级均匀地生长在多孔海绵骨架上，水性涂料在铁氧化物及海绵粗糙结构的表面固化再形成一层均匀的膜，将铁氧化物固定在海绵的骨架上，同时，因所形成的膜为水性涂料膜，其基本不对铁氧化物对磷的吸附造成干扰。
本发明进一步提供了上述海绵与铁氧化物水性涂料复合物作为磷吸附剂的应用。
本发明具有以下有益效果：
(1)本发明的制备方法可利用海绵表面粗糙结构，实现铁氧化物的气相诱导生长，减小其粒径，使得磷酸根离子能够更好地与铁氧化物发生络合作用，增强产品的吸附性能；其同时提高了铁氧化物的负载量，提高了基底的利用率。
(2)本发明的制备方法中，涂层是通过水性涂料组分固化得到，其能够对负载在海绵上的铁氧化物起到稳定作用，使其在水体中实际应用时，依旧保持良好的稳定性，减少对实际水体的二次污染；同时因形成的涂层为水性涂层，对最后的产品吸附性能影响较小；
(3)本发明的制备方法成本低廉，工艺简单，工序简便，容易操作，所得产品性能优良。
(4)在一些优选实施例中，本发明得到的海绵与铁氧化物水性涂料复合物对磷酸盐的吸附性能最高可以达到2.5mg/cm3，同时对于实际水体中的磷酸盐进行吸附，其去除率可达97％，可将磷酸盐离子浓度降至0.018ppm，即总磷浓度降至0.006ppm。
附图说明
图1为实施例制备负载铁氧化物纳米粒子的水性涂层海绵材料的过程中获得的海绵骨架、负载铁氧化物后的海绵骨架及负载铁氧化物并涂覆水性涂料后的海绵骨架的对比图，其中，图a-c为海绵骨架，d-f为负载铁氧化物后的海绵骨架；g-i为负载铁氧化物并涂覆水性涂料后的海绵骨架。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
实施例1
制备负载铁氧化物纳米粒子的水性聚酯涂层聚氨酯海绵，步骤如下：
a、获得负载物聚氨酯海绵：
将聚氨酯海绵分别在水、乙醇中超声清洗10min，清洗过后在80℃下干燥，得到的聚氨酯海绵备用；
b、制备10％氯化亚铁以及氯化铁混合水溶液：
取19.06g氯化亚铁以及31.07g氯化铁溶于500ml的去离子水，得到质量浓度为10％的氯化亚铁以及氯化铁混合水溶液；
c、制备负载铁氧化物的聚氨酯海绵：
取步骤b得到的混合水溶液40ml，将尺寸为1cm*1cm*1cm的步骤a得到的聚氨酯海绵(质量为0.0464g)浸入到氯化铁的水溶液之中，待海绵吸收溶液后取出，与丙胺一同放入密闭容器之中，将密闭容器放入80℃烘箱中热处理48h，随后将处理后的聚氨酯海绵使用去离子水缓慢冲洗2-3min，再次放入100℃烘箱中热处理12h，即得负载铁氧化物的聚氨酯海绵(质量为0.0779g)；
d、涂覆水性聚酯涂层：
将步骤c得到的负载铁氧化物的聚氨酯海绵完全浸入到质量浓度为5‰的单一组份水性聚酯乳液中，静置30min后取出，之后立即将海绵放入80℃烘箱进行热处理12h，取出后自然冷却后即得(质量为0.082g)负载铁氧化物纳米粒子的水性聚酯涂层聚氨酯海绵。
实施例2
制备负载铁氧化物纳米粒子的水性聚酯涂层碳海绵，步骤如下：
a、获得负载物碳海绵：
将碳海绵分别在水、乙醇中超声清洗10min，清洗过后在80℃下干燥，得到的碳海绵备用；
b、制备10％的氯化亚铁以及氯化铁混合水溶液：
取16.02g氯化亚铁以及33.29g氯化铁溶于500ml的去离子水，得到质量浓度为10％的氯化亚铁以及氯化铁混合水溶液；
c、制备负载铁氧化物的碳海绵：
取步骤b得到的混合水溶液40ml，将尺寸为1cm*1cm*1cm的步骤a的碳海绵(质量为0.0512g)浸入在该溶液之中，待海绵吸收溶液完全后取出，与吡啶一同放入密闭容器之中，之后放入120℃烘箱中热处理48h，随后将处理后的碳海绵使用去离子水缓慢冲洗2-3min后再放入120℃烘箱中热处理12h，即得负载铁氧化物的碳海绵(质量为0.0788g)；
d、涂覆水性涂层：
将步骤c得到的碳海绵完全浸入到质量浓度为1％的单一组份水性聚酯乳液中，静置30min后取出；之后立即将海绵放入80℃烘箱进行热处理12h，取出后自然冷却后即得负载铁氧化物纳米粒子的水性聚酯涂层碳海绵(质量为0.0881g)。
实施例3
制备负载铁氧化物纳米粒子的水性聚酯涂层聚氨酯海绵，步骤如下：
a、获得负载物聚氨酯海绵：
将聚氨酯海绵分别在水、乙醇中超声清洗10min，清洗过后在80℃下干燥，得到的聚氨酯海绵备用；
b、制备9％的氯化亚铁以及氯化铁混合水溶液：
取15.43g氯化亚铁以及32.26g氯化铁溶于500ml的去离子水，得到质量浓度为9％的氯化亚铁以及氯化铁混合水溶液；
c、制备负载铁氧化物的聚氨酯海绵：
取步骤b制备的混合水溶液40ml，将1cm*1cm*1cm的步骤a的聚氨酯海绵(质量为0.0501g)浸入其中，待海绵吸收溶液完全后取出，与丁胺一同放入密闭容器之中，之后放入60℃烘箱中热处理48h。随后将得到的聚氨酯海绵使用去离子水缓慢冲洗2-3min，再次将海绵放入80℃烘箱中热处理12h，即得负载铁氧化物的聚氨酯海绵(质量为0.0877g)；
d、涂覆水性涂层：
将步骤c得到的负载铁氧化物的聚氨酯海绵完全浸入到质量浓度为2％的单一组分水性聚酯乳液中，静置30min后取出；之后立即将海绵放入80℃烘箱进行热处理12h，取出后自然冷却后即得负载铁氧化物纳米粒子的水性聚酯涂层聚氨酯海绵(质量为0.1051g)。
实施例4
制备负载铁氧化物纳米粒子的水性聚酯涂层碳海绵，步骤如下：
a、获得负载物碳海绵：
将碳海绵分别在水、乙醇中超声清洗10min，清洗过后在80℃下干燥，得到的碳海绵备用；
b、制备11％氯化亚铁以及氯化铁混合水溶液：
取22.15g氯化亚铁以及33.24g氯化铁溶于500ml的去离子水，制备为质量分数为11％的氯化亚铁以及氯化铁混合水溶液；
c、制备负载铁氧化物的碳海绵：
取步骤b得到的混合水溶液40ml，将0.5cm*0.5cm*1cm的步骤a制得的碳海绵(质量为0.0227g)浸入在溶液中，待海绵吸收完全后取出，与丙胺一同放入密闭容器之中，之后放入80℃烘箱中热处理48h。随后将得到的碳海绵使用去离子水缓慢冲洗2-3min，再次将海绵放入100℃烘箱中热处理12h，即得负载铁氧化物的碳海绵(质量为0.0379g)；
d、涂覆水性涂层：
将步骤c得到的负载铁氧化物的碳海绵完全浸入到质量分数为5‰的双组分水性聚酯乳液(聚酯不同组分质量比为1：0.06)中，静置30min后取出；之后立即将海绵放入80℃烘箱进行热处理12h，取出后自然冷却后即得负载铁氧化物纳米粒子的水性聚酯涂层碳海绵(质量为0.04g)。
实施例5
制备负载铁氧化物纳米粒子的水性聚酯涂层聚氨酯海绵，步骤如下：
a、获得负载物聚氨酯海绵：
将聚氨酯海绵分别在水、乙醇中超声清洗10min，清洗过后在80℃下干燥，得到的聚氨酯海绵备用；
b、制备10％氯化亚铁以及氯化铁混合水溶液：
取16.33g氯化亚铁以及34.26g氯化铁溶于500ml的去离子水，得到质量分数为10％的氯化亚铁以及氯化铁混合水溶液；
c、制备负载铁氧化物的聚氨酯海绵：
取步骤b得到的氯化亚铁及氯化铁的混合溶液40ml，将0.5cm*0.5cm*1cm的步骤a得到的聚氨酯海绵(质量为0.0216g)浸入该混合溶液之中，待海绵吸收溶液完全后取出，与吡啶一同放入密闭容器之中，之后放入120℃烘箱中热处理48h。随后将得到的聚氨酯海绵使用去离子水缓慢冲洗2-3min，再次将海绵放入120℃烘箱中热处理12h，即得负载铁氧化物的聚氨酯海绵(质量为0.0367g)；
d、涂覆水性涂层：
将步骤c得到的负载铁氧化物的聚氨酯海绵完全浸入到质量分数为1％的双组分水性聚酯乳液(聚酯不同组分质量比为1：0.06)中，静置30min后取出；之后立即将海绵放入80℃烘箱进行热处理12h，取出后自然冷却后即得负载铁氧化物纳米粒子的水性聚酯涂层聚氨酯海绵(质量为0.0416g)。
实施例6
制备负载铁氧化物纳米粒子的水性聚酯涂层聚氨酯海绵，步骤如下：
a、获得负载物聚氨酯海绵：
将聚氨酯海绵分别在水、乙醇中超声清洗10min，清洗过后在80℃下干燥，得到的聚氨酯海绵备用；
b、制备12％氯化亚铁以及氯化铁混合水溶液：
取取22.65g氯化亚铁以及35.66g氯化铁溶于500ml的去离子水，制备为质量分数为12％的氯化亚铁以及氯化铁混合水溶液；
c、制备负载铁氧化物的聚氨酯海绵：
取步骤b得到的混合水溶液40ml，将0.5cm*0.5cm*1cm步骤a得到的聚氨酯海绵(质量为0.0207g)浸入该溶液之中，待海绵吸收溶液完全后取出，与丁胺一同放入密闭容器之中，之后放入60℃烘箱中热处理48h。随后将得到的聚氨酯海绵使用去离子水缓慢冲洗2-3min，再次将海绵放入80℃烘箱中热处理12h，即得负载铁氧化物的聚氨酯海绵(质量为0.0371g)；
d、涂覆水性涂层：
将步骤c得到的负载铁氧化物的聚氨酯海绵完全浸入到质量分数为2％的双组分水性聚酯乳液(聚酯不同组分质量比为1：0.06)中，静置30min后取出；之后立即将海绵放入80℃烘箱进行热处理12h，取出后自然冷却后即得负载铁氧化物纳米粒子的水性聚酯涂层聚氨酯海绵(质量为0.0493g)。
实施例7
制备负载铁氧化物的水性聚酯涂层碳海绵，步骤如下：
a、获得负载物碳海绵：
将碳海绵分别在水、乙醇中超声清洗10min，清洗过后在80℃下干燥，得到的碳海绵备用；
b、制备9％氯化亚铁以及氯化铁混合水溶液：
取19.06g氯化亚铁以及28.18g氯化铁溶于500ml的去离子水，制备得到质量分数为9％氯化亚铁和氯化铁的混合水溶液；
c、制备负载铁氧化物的碳海绵：
取步骤b得到的氯化亚铁及氯化铁的混合溶液40ml，将1cm*1cm*1cm的步骤a的碳海绵(质量为0.0422g)浸入该混合溶液之中，待碳海绵吸收溶液完全后取出，与丙胺一同放入密闭容器之中，之后放入80℃烘箱中热处理48h。随后将处理后的碳海绵使用去离子水缓慢冲洗2-3min，再次将碳海绵放入100℃烘箱中热处理12h，即得负载铁氧化物的碳海绵(质量为0.0643g)；
d、涂覆水性聚酯涂层：
将步骤c得到的负载铁氧化物的碳海绵完全浸入到质量分数为5‰的单一组分水性聚酯乳液中，静置30min后取出；之后立即将海绵放入80℃烘箱进行热处理12h，取出后自然冷却后即得负载铁氧化物的水性聚酯涂层碳海绵(质量为0.083g)。
实施例8
制备负载铁氧化物的水性聚酯涂层碳海绵，步骤如下：
a、获得负载物碳海绵：
将碳海绵分别在水、乙醇中超声清洗10min，清洗过后在80℃下干燥，得到的碳海绵备用；
b、制备8％氯化亚铁以及氯化铁混合水溶液：
取19.06g氯化亚铁以及28.18g氯化铁溶于500ml的去离子水，制备得到质量分数为8％氯化亚铁和氯化铁的混合水溶液；
c、制备负载铁氧化物的碳海绵：
取氯化亚铁以及氯化铁混合水溶液的溶液40ml，将1cm*1cm*1cm的步骤a的碳海绵(质量为0.0577g)浸入在混合溶液之中，待碳海绵吸收溶液完全，将碳海绵取出，与吡啶一同放入密闭容器之中，之后放入120℃烘箱中热处理48h。随后将得到的碳海绵使用去离子水缓慢冲洗2-3min，再次将碳海绵放入120℃烘箱中热处理12h，即得负载铁氧化物的碳海绵(质量为0.0664g)；
d、涂覆水性聚酯涂层：
将步骤c得到的负载铁氧化物的碳海绵完全浸入到质量分数为1％的单一组分水性聚酯乳液中，静置30min后取出；之后立即将海绵放入80℃烘箱进行热处理12h，取出后自然冷却后即得负载铁氧化物的水性聚酯涂层碳海绵(质量为0.096g)。
实施例9
制备负载铁氧化物的水性聚乙烯亚胺涂层碳海绵，步骤如下：
a、获得负载物碳海绵：
将碳海绵分别在水、乙醇中超声清洗10min，清洗过后在80℃下干燥，得到的碳海绵备用；
b、制备8％氯化亚铁以及氯化铁混合水溶液：
取18.22g氯化亚铁以及30.48g氯化铁溶于500ml的去离子水，制备得到质量分数为8％氯化亚铁和氯化铁的混合水溶液；
c、制备负载铁氧化物的碳海绵：
取氯化亚铁以及氯化铁混合水溶液的溶液40ml，将1cm*1cm*1cm的步骤a的碳海绵(质量为0.0523g)浸入在混合溶液之中，待碳海绵吸收溶液完全，将碳海绵取出，与丁胺一同放入密闭容器之中，之后放入70℃烘箱中热处理48h。随后将得到的碳海绵使用去离子水缓慢冲洗2-3min，再次将碳海绵放入100℃烘箱中热处理12h，即得负载铁氧化物的碳海绵(质量为0.0659g)；
d、涂覆水性涂层：
将步骤c得到的负载铁氧化物的碳海绵完全浸入到质量分数为1％的聚乙烯亚胺的水溶液中，静置30min后取出；之后立即将海绵放入100℃烘箱进行热处理12h，取出后自然冷却后即得负载铁氧化物的水性聚乙烯亚胺涂层碳海绵(质量为0.112g)。
以上各实施例中，得到的负载铁氧化物纳米粒子的水性涂层聚氨酯海绵或碳海绵的表面均为暗黑红色，具有透明或微白涂层。
所得产品中，铁氧化物均匀生长并锚定在海绵骨架上，涂层在其表面固化进一步加强了其稳定性，如附图1所示的其中一种产品(实施例8的产品)在制备过程中的扫描电镜图像所示。
将以上实施例得到的各产品放入30mL初始磷浓度为500ppm的水溶液中进行吸附性能测试，结果如表1所示：
表1实施例产品吸附性能对比
进一步的，将以上实施例各产品及采用浸泡超声负载方法获得的对比产品各1cm3放入30mL现实河流废水中进行磷吸附性能测试，其中，聚氨酯海绵类复合吸附剂的性能对比如表2所示，碳海绵类复合吸附剂的性能对比如表3所示。
其中，对比产品的制备方法如下：
称取购买的纳米四氧化三铁粉末0.5g，将其加入到10mL乙醇中分散。随后加入1cm3的海绵到四氧化三铁的分散液中，在室温下进行超声处理30min。取出后在100℃下烘干48h，得到浸泡超声负载铁氧化物复合物。
表2以不同负载方式负载的聚氨酯海绵骨架上的吸附剂负载量及P去除率
表3以不同负载方式负载的碳海绵骨架上的吸附剂负载量及P去除率：
进一步的，将以上实施例中聚氨酯海绵类产品与未进行步骤d涂层添加过程的对比产品进行磷吸附性能及稳定性对比测试，其中，稳定性通过对加有吸附剂的水体持续搅拌48h进行表征，测试结果分别如表4和表5所示。
表4不同涂层的复合吸附剂的P去除率对比
表5不同涂层的复合吸附剂的稳定性对比
进一步的，将以上实施例中负载铁氧化物的水性聚酯涂层聚氨酯海绵进行实际水体测试，所用实际水体的初始PO4 3-浓度为0.061ppm，吸附结果如表6所示。
表6负载铁氧化物的水性聚酯涂层聚氨酯海绵的实际吸附能力测试结果
通过表6可知，所用复合吸附剂可将PO4 3-浓度降为0.018ppm，即总P浓度降为0.006ppm，去除率达到97％。
上述实施例中：所采用的各原料均为市售产品。
上述实施例中：各步骤中的工艺参数(温度、时间、浓度等)和各组分用量数值等为范围的任一点均可适用。
本发明内容及上述实施例中未具体叙述的技术内容同现有技术。
通过以上实施例可以看出，本发明通过气相原位生长得到了对现实低浓度水源中的磷酸盐具有良好吸附能力的负载铁氧化物聚氨酯海绵和碳海绵，负载了水性涂层，提高了铁氧化物在海绵上的负载稳定性。
以上实施例方式是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施方式。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种海绵与铁氧化物水性涂料复合物的制备方法，其特征在于：包括：
将海绵材料浸没于铁盐的水溶液中，待其充分吸收后取出；
将取出的海绵材料与挥发性碱源液体置于密闭空间中，于60～120℃下共同加热45～50h，其后将海绵材料取出清洗，并于60～120℃下再次加热10～12h，得到负载铁氧化物的海绵材料；
将所述负载铁氧化物的海绵材料浸入水性涂料的组分溶液中，静置后取出并进行加热，至涂料固化，得到所述海绵与铁氧化物水性涂料复合物。
2.根据权利要求1所述的海绵与铁氧化物水性涂料复合物的制备方法，其特征在于：所述海绵材料选自聚氨酯海绵和/或碳海绵。
3.根据权利要求1所述的海绵与铁氧化物水性涂料复合物的制备方法，其特征在于：所述铁盐选自氯化铁和/或氯化亚铁。
4.根据权利要求1所述的海绵与铁氧化物水性涂料复合物的制备方法，其特征在于：所述铁盐的水溶液的质量浓度为8～12％。
5.根据权利要求1所述的海绵与铁氧化物水性涂料复合物的制备方法，其特征在于：所述挥发性碱源选自丙胺、丁胺、吡啶中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的海绵与铁氧化物水性涂料复合物的制备方法，其特征在于：所述水性涂料选自单组分水性聚酯涂料、双组分水性聚酯涂料及聚乙烯亚胺水性涂料中的一种或多种。
7.根据权利要求6所述的海绵与铁氧化物水性涂料复合物的制备方法，其特征在于：所述水性涂料的组分溶液的质量浓度为0.5～2％。
8.根据权利要求1所述的海绵与铁氧化物水性涂料复合物的制备方法，其特征在于：其中，所述海绵材料选自聚氨酯海绵或碳海绵；所述水性涂料选自水性聚酯涂料或聚乙烯亚胺水性涂料；所述铁盐选自氯化亚铁和氯化铁，其水溶液的质量浓度为8％，且其中氯化亚铁与氯化铁的摩尔比为1：1.2；所述共同加热的温度为120℃、时间为48h；所述再次加热的温度为120℃、时间为12h；所述静置的时间为30min，静置后取出并进行加热的温度为80℃、时间为12h。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的海绵与铁氧化物水性涂料复合物的制备方法制备得到的所述海绵与铁氧化物水性涂料复合物。
10.权利要求9所述的海绵与铁氧化物水性涂料复合物作为磷吸附剂的应用。
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Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4948595A (zh) * | 1972-09-13 | 1974-05-10 | ||
| US20030153457A1 (en) * | 2000-06-19 | 2003-08-14 | Yasushi Nemoto | Adsorbents, process for producing the same, and applications thereof |
| CN1656134A (zh) * | 2002-04-19 | 2005-08-17 | Ppg工业俄亥俄公司 | 含有聚氨酯分散体和高度交联的聚合物颗粒的涂料组合物 |
| US20100015498A1 (en) * | 2006-05-16 | 2010-01-21 | Toyo Seikan Kaisha, Ltd. | Methanol fuel cell cartridge |
| CN105477904A (zh) * | 2015-10-12 | 2016-04-13 | 杭州师范大学 | 一种超疏水超亲油海绵材料的制备方法与应用 |
| CN107970898A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-05-01 | 清华大学 | 制备原位合成海绵负载氧化铁纳米颗粒复合材料的方法 |
| CN108636384A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-10-12 | 高阳 | 一种油污吸附材料的制备方法 |
| CN112853409A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-05-28 | 哈尔滨工业大学（深圳） | 一种含银镀液及泡沫金属材料的制备方法 |
| CN113185491A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-07-30 | 天津大学 | 凝胶剂修饰的多孔海绵疏水材料及制备方法及用途 |
| WO2021173608A1 (en) * | 2020-02-24 | 2021-09-02 | Northwestern University | Magnetic nanoparticle coated porous materials for recovery of contaminants |
| CN114405468A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-04-29 | 西南科技大学 | 一种砂藓生物炭吸附剂的制备方法 |
-
2022
- 2022-11-10 CN CN202211405159.2A patent/CN115888661B/zh active Active
Patent Citations (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4948595A (zh) * | 1972-09-13 | 1974-05-10 | ||
| US20030153457A1 (en) * | 2000-06-19 | 2003-08-14 | Yasushi Nemoto | Adsorbents, process for producing the same, and applications thereof |
| CN1656134A (zh) * | 2002-04-19 | 2005-08-17 | Ppg工业俄亥俄公司 | 含有聚氨酯分散体和高度交联的聚合物颗粒的涂料组合物 |
| US20100015498A1 (en) * | 2006-05-16 | 2010-01-21 | Toyo Seikan Kaisha, Ltd. | Methanol fuel cell cartridge |
| CN105477904A (zh) * | 2015-10-12 | 2016-04-13 | 杭州师范大学 | 一种超疏水超亲油海绵材料的制备方法与应用 |
| CN107970898A (zh) * | 2017-11-24 | 2018-05-01 | 清华大学 | 制备原位合成海绵负载氧化铁纳米颗粒复合材料的方法 |
| CN108636384A (zh) * | 2018-05-25 | 2018-10-12 | 高阳 | 一种油污吸附材料的制备方法 |
| WO2021173608A1 (en) * | 2020-02-24 | 2021-09-02 | Northwestern University | Magnetic nanoparticle coated porous materials for recovery of contaminants |
| CN112853409A (zh) * | 2020-12-29 | 2021-05-28 | 哈尔滨工业大学（深圳） | 一种含银镀液及泡沫金属材料的制备方法 |
| CN113185491A (zh) * | 2021-03-29 | 2021-07-30 | 天津大学 | 凝胶剂修饰的多孔海绵疏水材料及制备方法及用途 |
| CN114405468A (zh) * | 2022-01-25 | 2022-04-29 | 西南科技大学 | 一种砂藓生物炭吸附剂的制备方法 |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| TIEN VINH NGUYEN等: "Arsenic removal by iron oxide coated sponge: Experimental performance and mathematical models", 《JOURNAL OF HAZARDOUS MATERIALS》, vol. 182, 1 July 2010 (2010-07-01), pages 723 * |
| YUANLIANG HUANG等: "Gas−Liquid Reactions to Synthesize Positively Charged Fe3O4 Nanoparticles on Polyurethane Sponge for Stable and Recyclable Adsorbents for the Removal of Phosphate from Water", 《ACS APPLIED NANO MATERIALS》, vol. 5, 9 December 2022 (2022-12-09), pages 18842 - 18854 * |
| 申明辉等: "基于涂层防护的含碳球团制备海绵铁的研究", 《电镀与涂饰》, vol. 32, no. 6, 15 June 2013 (2013-06-15), pages 50 - 56 * |
| 黄远亮: "基于配位结构纳米粒子负载PU海绵制备及其磷吸附性能研究", 《万方硕士论文库》, 12 September 2023 (2023-09-12), pages 1 - 83 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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