一种改性聚多巴胺功能化的吸附剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及一种改性聚多巴胺功能化的吸附剂及其制备方法与应用，吸附剂包括开孔聚氨酯海绵以及负载在开孔聚氨酯海绵上的改性聚多巴胺，该改性聚多巴胺为带有二硫代氨基甲酸根及黄原酸根的聚多巴胺；制备时，先将聚多巴胺负载在开孔聚氨酯海绵上，之后对聚多巴胺进行改性即可；应用时，将该吸附剂投入pH值为4‑9的水中，用于吸附重金属离子。与现有技术相比，本发明专利技术吸附剂可在中性、弱碱性及弱酸性条件下吸附水中的重金属，使水中的多数重金属残留浓度在0.05‑5ppm级，且不会形成新的污染，大大提高了对水中重金属的吸附效果，易于分离回收及再生。

【技术实现步骤摘要】
一种改性聚多巴胺功能化的吸附剂及其制备方法与应用
本专利技术属于水净化
，涉及一种改性聚多巴胺功能化的吸附剂及其制备方法与应用。
技术介绍
重金属离子以其毒性大、不降解、反复发挥毒性作用而备受关注。随着采矿、冶金、电子器件等行业的不断发展，全球金属污染状况愈加严重，这些重金属进入水体中，不断威胁着人类健康和生态安全。利用吸附法处理水中的残留金属，是一种较为有效的水净化处理方法。重金属的种类较多，存在形式多样，常见的存在形式为金属阳离子。目前，用于吸附水体中金属阳离子的吸附剂通常含有脂肪多胺或硫醇功能基团。但是，脂肪多胺虽然因其金属配位作用能在一定程度上吸附重金属，但吸附强度不够高，对水体的净化效果较差；硫醇与多种重金属种的作用较强，吸附重金属的效果较好，但硫醇易氧化，稳定性差。因此，迫切需要开发一种能够深度清除水中重金属的吸附剂。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种改性聚多巴胺功能化的吸附剂及其制备方法与应用。本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种改性聚多巴胺功能化的吸附剂，该吸附剂包括开孔聚氨酯海绵以及负载在开孔聚氨酯海绵上的改性聚多巴胺，该改性聚多巴胺为带有二硫代氨基甲酸根及黄原酸根的聚多巴胺。进一步地，所述的开孔聚氨酯海绵的密度为0.1-0.3g/cm3，孔隙率为68-90％，孔径为50μm-2mm，比表面积为1-5m2/g。其拉伸强度可达5Mpa。进一步地，该吸附剂中，改性聚多巴胺的负载量为0.1-0.2mg/g吸附剂。进一步地，所述的改性聚多巴胺中，二硫代氨基甲酸根的质量百分含量为24-28％，黄原酸根的质量百分含量为25-29％。一种改性聚多巴胺功能化的吸附剂的制备方法，该方法包括以下步骤：1)聚多巴胺的负载：将开孔聚氨酯海绵浸入至含有多巴胺的碱性缓冲溶液中，之后在室温下保持8-16h；2)聚多巴胺的改性：取出开孔聚氨酯海绵并干燥，之后浸入至含有二硫化碳的碱性溶液中，保持6-24h后，取出并洗涤，即得到所述的吸附剂。进一步地，步骤1)中，所述的碱性缓冲溶液的pH值为8-9，并且每1mL碱性缓冲溶液中加入1.5-2.5mg多巴胺。进一步地，步骤1)中，所述的碱性缓冲溶液为Tris-HCl缓冲溶液。Tris即三羟甲基氨基甲烷。进一步地，步骤2)中，所述的碱性溶液为无机碱的乙醇溶液，所述的碱性溶液中，无机碱的含量为多巴胺的3-6摩尔当量，二硫化碳的含量为多巴胺的3-12摩尔当量。进一步地，所述的无机碱包括氢氧化钾或氢氧化钠中的一种或两种。作为优选的技术方案，步骤2)中，将开孔聚氨酯海绵浸入至含有二硫化碳的碱性溶液中之后，可采用低频震荡或温和搅拌的方式保持6-24小时。作为优选的技术方案，步骤2)中，所述的洗涤包括醇洗及水洗。一种改性聚多巴胺功能化的吸附剂的应用，将该吸附剂投入pH值为4-9的水中，用于吸附重金属离子。应用时，将该吸附剂直接投入至含有金属离子的水中保留6-24小时，吸附金属离子之后，直接将吸附剂捞出即可。水体的pH值在4-9范围内，该吸附剂均能够发挥吸附作用，尤其是在中性条件下更优。在吸附过程中，水体的pH如果降低，可适当调节使pH值＞4。为了检测处理后的水样中残留的重金属离子的含量，水样可采用电感诱导等离子光谱进行检测。开孔聚氨酯海绵是一种成本较低的多孔材料，在保持较多通孔的同时具有较好的机械强度和稳定的物理性质。多巴胺(DA)是一种含有酚羟基和脂肪氨基的小分子，在碱性和氧化性条件下可自发形成聚合物，即聚多巴胺(PDA)，并可粘附在开孔聚氨酯海绵上形成表面涂层。由于PDA具有一定量的交联结构，使开孔聚氨酯海绵上的涂层具有良好的稳定性。另一方面，PDA保留有很多活泼官能团，构成了一个多功能改性平台。研究表明，PDA主要含有如下重复单元：本专利技术先在开孔聚氨酯海绵的表面上沉积一层多官能团的聚多巴胺，之后对聚多巴胺进行改性，利用二硫化碳和无机碱进行处理，在聚多巴胺分子上引入大量的二硫代氨基甲酸根和黄原酸根。由于二硫代氨基甲酸根和黄原酸根相对稳定，并与多种金属有强烈结合作用，对重金属有较强亲和性，可作为金属配体，有效去除水中的多种重金属离子，特别是铜、镉、铅、钴、镍、铬等金属阳离子，使其残留量降低至0.05-5ppm。该吸附剂在吸附金属后可以进行再生，再生方法为：将吸附剂投入酸性水中(pH＜3)进行酸处理，以脱除大部分金属种。为了进一步恢复吸附剂的金属吸附能力，可再用无机碱和二硫化碳重新处理吸附剂，之后经醇洗和水洗至接近中性即可。与现有技术相比，本专利技术具有以下特点：1)吸附剂可在中性、弱碱性及弱酸性条件下吸附水中的重金属，使水中的多数重金属残留浓度在0.05-5ppm级，且不会形成新的污染，大大提高了对水中重金属的吸附效果；2)吸附剂除了能够清除水中的大部分重金属阳离子外，还能够在吸附后直接从水中捞出，不会发生脆裂脱落，易于分离回收；3)吸附剂易于制备，且在酸性条件下能脱附金属，并可在碱性条件下用二硫化碳处理以进一步恢复吸附剂的金属吸附能力，重复使用性好。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。本实施例以本专利技术技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述的实施例。实施例1：吸附剂的制备：配制多巴胺(DA，2mg/mL)的Tris-HCl缓冲溶液(10mM，pH＝8.5)，将开孔聚氨酯海绵浸入其中，室温保留12小时。取出，水冲洗，干燥称量，得到PDA负载的开孔聚氨酯海绵。配制KOH(DA的4摩尔当量)、二硫化碳(DA的4摩尔当量)的乙醇溶液，将PDA负载的开孔聚氨酯海绵浸入其中，温和搅拌12-24小时。取出，水洗，醇洗，得到改性聚多巴胺功能化的吸附剂。单金属离子和多金属离子的吸附：取上述吸附剂(1g)，投入含CuCl2的水溶液(60ppm，100mL)，静置24小时或温和搅拌12小时。捞出吸附剂，水样的pH略有下降。以电感诱导等离子光谱(ICP)检测水样，残留铜离子浓度降为0.12ppm。类似地，取吸附剂(2g)，投入含有Cd2+、Cu2+、Pb2+、Co2+、Ni2+、Cr3+的硝酸盐或氯化物(每种金属的浓度都为40ppm)水样(20mL)中，温和搅拌或震荡1天后，水样以ICP检测，结果发现Cd2+、Cu2+、Pb2+、Co2+、Ni2+、Cr3+的浓度分别为1.5ppm、0.14ppm、1.3ppm、0.20ppm、0.8ppm、3.1ppm。吸附剂的再生：将吸附金属后的吸附剂浸入盐酸水溶液中，调pH值至2，搅拌3小时，取出，挤压其中水分。然后投入KOH/CS2/乙醇中，参照吸附剂的制备过程进行处理。处理后的吸附剂再次使用，基本保持原有的金属吸附能力。实施例2：一种改性聚多巴胺功能化的吸附剂，该吸附剂包括开孔聚氨酯海绵以及负载在开孔聚氨酯海绵上的改性聚多巴胺，该改性聚多巴胺为带有二硫代氨基甲酸根及黄原酸根的聚多巴胺。其中，开孔聚氨酯海绵的密度为0.1g/cm3，孔隙率为90％，孔径为2mm，比表面积为5m2/g。该吸附剂中，改性聚多巴胺的负载量为0.15mg/g吸附剂。改性聚多巴胺中，二硫代氨基甲酸根的质量百分含量为26％，黄原酸根的质量百分含量为27％。该吸附剂的制备方法包括本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性聚多巴胺功能化的吸附剂，其特征在于，该吸附剂包括开孔聚氨酯海绵以及负载在开孔聚氨酯海绵上的改性聚多巴胺，该改性聚多巴胺为带有二硫代氨基甲酸根及黄原酸根的聚多巴胺。

【技术特征摘要】
1.一种改性聚多巴胺功能化的吸附剂，其特征在于，该吸附剂包括开孔聚氨酯海绵以及负载在开孔聚氨酯海绵上的改性聚多巴胺，该改性聚多巴胺为带有二硫代氨基甲酸根及黄原酸根的聚多巴胺。2.根据权利要求1所述的一种改性聚多巴胺功能化的吸附剂，其特征在于，所述的开孔聚氨酯海绵的密度为0.1-0.3g/cm3，孔隙率为68-90％，孔径为50μm-2mm，比表面积为1-5m2/g。3.根据权利要求1所述的一种改性聚多巴胺功能化的吸附剂，其特征在于，该吸附剂中，改性聚多巴胺的负载量为0.1-0.2mg/g吸附剂。4.根据权利要求1所述的一种改性聚多巴胺功能化的吸附剂，其特征在于，所述的改性聚多巴胺中，二硫代氨基甲酸根的质量百分含量为24-28％，黄原酸根的质量百分含量为25-29％。5.一种如权利要求1至4任一项所述的改性聚多巴胺功能化的吸附剂的制备方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：1)聚多巴胺的负载：将开孔聚氨酯海绵浸入至含有多巴胺的碱性缓冲溶液中，之后在室温下保持8-16h；2)聚多巴胺的改性：取出开孔聚...

【专利技术属性】
技术研发人员：万德成，胡若曦，金明，潘海燕，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：上海,31