一种制备多孔双功能吸附材料的方法技术

本发明专利技术涉及一种制备多孔双功能吸附材料的方法，属环境功能材料制备技术领域；本发明专利技术利用Hypermer2296来稳定高内相乳液，油相包含聚合单体甲基丙烯酸缩水甘油酯、交联剂二乙烯基苯、溶剂甲苯、引发剂偶氮二异丁腈，水相是硫酸钾水溶液；水油相混合后，搅拌制备成稳定的油包水型乳液，热引发聚合后制备出大孔泡沫聚合物；然后，多巴胺微球经由生物粘附法接枝到大孔泡沫材料上；最后，用四氢呋喃除去磺化的苯乙烯壳心获得粘附着中空多巴胺的大孔材料；本发明专利技术所得到的产品具有水溶性、油溶性两种材料的特点；其中中空多巴胺能有效增加材料的比表面积从而吸附金属离子；大孔泡沫含有大量的酯基基团便于三氟氯氢菊酯附着，可同时除去两种有害物质。

【技术实现步骤摘要】
一种制备多孔双功能吸附材料的方法
本专利技术属于环保功能材料制备
，涉及一种制备多孔双功能吸附材料的方法，具体涉及一种采用高内相乳液聚合以及生物法粘附中空多巴胺球壳制备高比表面大孔吸附剂的方法。
技术介绍
由于工农业的飞速发展，环境污染十分严重。如农业方面，拟除虫菊酯的滥用已经渐渐威胁到人类的健康。近年来，Shafer（T.J.Shafer,D.A.Meyer,K.M.Crofton,Developmentalneuro-toxicityofpyrethroidinsecticides:criticalreviewandfutureresearchneeds,Environ.HealthPerspect.113(2005)123–136.）和Ericksson（P.Ericksson,U.Talts,Neonatalexposuretoneurotoxicpesticidesincreasesadultsusceptibility:areviewofcurrentfinding,Neurotoxicology21(2000)37–47.）研究组在其研究中均有指出除虫菊酯虽然是一种对目标害虫快速麻痹和快速的击倒的神经毒素，但一些医学研究人员发现它可能对人类有发育性神经毒性和免疫毒性的影响。并且这类农药已在地表水、土壤、生物体、食品中发现。工业方面，各种金属离子污染十分严重。其中，铜离子容易导致生物萎靡不振、头痛、恶心呕吐等。并且，Wei研究组（K.Q.Wei,J.X.Yang,Oxidativedamageinducedbycopperandbeta-cypermethriningillofthefreshwatercrayfishProcambarusclarkii,Ecotoxicol.Environ.Saf.113(2015)446-453.）已经发现菊酯和金属离子共同存在于废水中，研究发现两者共同作用增大了对生物的危害。因此，环境污染的控制与改善问题越来越受到人类的关注。过去的几年里，大孔材料因其优良的机械性能而受到广泛的关注并被应用于诸多领域，如催化剂、组织工程、吸附和分离等等。这种大孔材料的制备方法是通过表面活性剂来稳定的高内相乳液来聚合获得，且方法简便快捷，乳液稳定、大孔和联结孔可以通过油水比和交联剂的量调节（V.O.Ikem,A.Menner,T.S.Horozov,A.Bismarck,HighlyPermeableMacroporousPolymersSynthesizedfromPickeringMediumandHighInternalPhaseEmulsionTemplates,Adv.Mater.22(2010)3588-3592.）。但是，这种方法往往只能形成一种材料，性能单一。近几年，生物粘附能两种材料的方法被普遍应用，它可以中和两种材料的优点达到更好的吸附效果或者吸附两种以上的对象。因此，本文用此法生物粘附中空多巴胺球壳和大孔材料对于吸附废水中的金属离子和菊酯是不错的选择。但是，粘附次数需要控制，以免多次粘附中空多巴胺微球使大孔材料孔道堵塞。
技术实现思路
本专利技术提供一种制备多孔双功能吸附材料的方法，具体是指生物粘附中空多巴胺球壳和大孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯制备高比表面大孔吸附剂的方法。首先，合成两性聚苯乙烯微球，表面包裹一层多巴胺；随后制得大孔甲基丙烯酸缩水甘油酯材料，硫酸钾水溶液分散相，油相是甲基丙烯酸缩水甘油酯（GMA），二乙烯基苯（DVB），甲苯，2,2'-偶氮二异丁腈(AIBN)和表面活性剂2296形成稳定的高内相乳液，通过自由基聚合得到多孔泡沫吸附剂；最后，多巴胺微球粘附到大孔材料上，四氢呋喃除去聚苯乙烯后得到最终的材料-多孔双功能吸附材料，即中空多巴胺粘附的大孔材料，并被应用于水溶液中的三氟氯氰菊酯（LC）和铜离子的吸附与分离。本专利技术采用的技术方案是：（1）多巴胺微球的制备：A．将一定量的聚乙烯吡咯烷酮粉末溶解在无水乙醇和去离子水的混合溶液中，超声均匀后（5分钟左右），放入装有氮气、搅拌器、冷凝管的三口烧瓶中，然后在机械搅拌下通氮气（大约30分钟）；当充分除去其中溶解的氧气后，在机械搅拌下加入溶有偶氮二异丁腈的苯乙烯单体，然后在70℃水浴中反应22-24小时，反应完全后离心收集聚苯乙烯微球；用无水乙醇和去离子水反复清洗几次，制备的聚苯乙烯微球在40℃真空干燥；B.将干燥后的聚苯乙烯微球加入到98%的浓硫酸溶液中，超声10分钟使其分散均匀；然后将盛有上述溶液的烧瓶置入40℃的水浴中，并持续搅拌20小时；磺化后，用去离子水稀释后离心分离，再用无水乙醇的水溶液反复清洗几次，然后放入40℃的真空烘箱中干燥，得到淡黄色的磺化聚苯乙烯微球；C.在1-2mgL-1的多巴胺溶液中加入三羟甲基氨基甲烷盐酸盐调节pH为8.5并超声混合均匀；然后将磺化苯乙烯微球加入到多巴胺溶液中；常温搅拌24h确保多巴胺自聚完全获得包裹磺化聚苯乙烯核心的多巴胺微球。（2）大孔甲基丙烯酸缩水甘油酯泡沫材料的合成：聚合单体甲基丙烯酸缩水甘油酯，交联剂二乙烯基苯，分散到溶剂甲苯中，然后加入引发剂偶氮二异丁腈，搅拌混合后加入表面活性剂2296；在搅拌条件下逐滴加入硫酸钾水溶液，等乳液形成且稳定后倒入安培瓶中，60-70℃下反应24h；反应完成后，用丙酮溶液进行索氏提取12h去除有机溶剂，放入50℃烘箱中烘干。(3)生物粘附法结合多巴胺微球和大孔甲基丙烯酸缩水甘油酯泡沫制备双性能材料：将步骤（1）制备的包裹磺化聚苯乙烯核心的多巴胺微球和步骤（2）所得的大孔甲基丙烯酸缩水甘油酯泡沫材料加入到多巴胺溶液中；常温搅拌24h确保多巴胺自聚完全使多巴胺微球附在大孔甲基丙烯酸缩水甘油酯泡沫材料上；将获得的材料在壳聚糖溶液中浸泡一夜后离心收集；多次重复上述步骤直到大量的多巴胺微球被粘附到大孔甲基丙烯酸缩水甘油酯泡沫材料表面；最后，四氢呋喃溶液除去苯乙烯壳心，获得中空多巴胺粘附的大孔材料，即是多孔双功能吸附材料。其中步骤（1）的A中所述聚乙烯吡咯烷酮粉末、去离子水和无水乙醇的比例为0.7：10：50（g/mL/mL）。其中步骤（1）的A中所述引发剂偶氮二异丁腈和苯乙烯单体的比例为0.04:5（g/mL)。其中步骤（1）的B中所述聚苯乙烯微球和98%浓硫酸的比例为1：30-40（g/mL）。其中步骤（1）的C中所述磺化的苯乙烯微球、多巴胺溶液、三羟甲基氨基甲烷盐酸盐比例为0.4:100:0.12（g/mL/g）。其中步骤（2）中所述的甲基丙烯酸缩水甘油酯、二乙烯基苯、甲苯、偶氮二异丁腈、表面活性剂2296、硫酸钾水溶液的比例为（0.6-0.7）：（0.7-1）：1：0.02：（04-0.6）：（11-13）（mL/mL/mL/g/mL/mL）。其中步骤（2）中所述的硫酸钾水溶液中硫酸钾与去离子水的比例为0.55:45（g/mL）。其中步骤（3）中所述的多巴胺微球、大孔甲基丙烯酸缩水甘油酯泡沫材料、壳聚糖溶液的比例为（0.1-0.2）:（0.4-0.6）：100（g/g/mL）。其中步骤（3）中所述的四氢呋喃溶液为四氢呋喃和水的混合液；其中多巴胺微球：四氢呋喃的比例为（20-40）：2：5（mg/mL/mL）。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种制备多孔双功能吸附材料的方法，其特征在于，按照以下步骤进行：（1）多巴胺微球的制备：A．将一定量的聚乙烯吡咯烷酮粉末溶解在无水乙醇和去离子水的混合溶液中，超声均匀后，放入装有氮气、搅拌器、冷凝管的三口烧瓶中，然后在机械搅拌下通氮气；当充分除去其中溶解的氧气后，在机械搅拌下加入溶有偶氮二异丁腈的苯乙烯单体，然后在水浴中反应，反应完全后离心收集聚苯乙烯微球；用无水乙醇和去离子水反复清洗几次，制备的聚苯乙烯微球真空干燥；B. 将干燥后的聚苯乙烯微球加入到98%的浓硫酸溶液中，超声使其分散均匀；然后将盛有上述溶液的烧瓶置入水浴中，并持续搅拌；然后，用去离子水稀释后离心分离，再用无水乙醇的水溶液反复清洗几次，然后放入真空烘箱中干燥，得到淡黄色的磺化聚苯乙烯微球；C. 在多巴胺溶液中加入三羟甲基氨基甲烷盐酸盐调节pH 为8.5并超声混合均匀；然后将磺化苯乙烯微球加入到多巴胺溶液中；常温搅拌确保多巴胺自聚完全获得包裹磺化聚苯乙烯核心的多巴胺微球；（2）大孔甲基丙烯酸缩水甘油酯泡沫材料的合成：聚合单体甲基丙烯酸缩水甘油酯，交联剂二乙烯基苯，分散到溶剂甲苯中，然后加入引发剂偶氮二异丁腈，搅拌混合后加入表面活性剂2296；在搅拌条件下逐滴加入硫酸钾水溶液，等乳液形成且稳定后倒入安培瓶中反应；反应完成后，用丙酮溶液进行索氏提取12h去除有机溶剂，放入烘箱中烘干； (3) 生物粘附法结合多巴胺微球和大孔甲基丙烯酸缩水甘油酯泡沫制备双性能材料：将步骤（1）制备的包裹磺化聚苯乙烯核心的多巴胺微球和步骤（2）所得的大孔甲基丙烯酸缩水甘油酯泡沫材料加入到多巴胺溶液中；常温搅拌24h确保多巴胺自聚完全使多巴胺微球附在大孔甲基丙烯酸缩水甘油酯泡沫材料上；将获得的材料在壳聚糖溶液中浸泡一夜后离心收集；多次重复上述步骤直到大量的多巴胺微球被粘附到大孔甲基丙烯酸缩水甘油酯泡沫材料表面；最后，四氢呋喃溶液除去苯乙烯壳心，获得多孔双功能吸附材料即中空多巴胺粘附的大孔材料。...

【技术特征摘要】
1.一种制备多孔双功能吸附材料的方法，其特征在于，按照以下步骤进行：（1）多巴胺微球的制备：A．将一定量的聚乙烯吡咯烷酮粉末溶解在无水乙醇和去离子水的混合溶液中，超声均匀后，放入装有氮气、搅拌器、冷凝管的三口烧瓶中，然后在机械搅拌下通氮气；当充分除去其中溶解的氧气后，在机械搅拌下加入溶有偶氮二异丁腈的苯乙烯单体，然后在水浴中反应，反应完全后离心收集聚苯乙烯微球；用无水乙醇和去离子水反复清洗几次，制备的聚苯乙烯微球真空干燥；B.将干燥后的聚苯乙烯微球加入到98%的浓硫酸溶液中，超声使其分散均匀；然后将盛有上述溶液的烧瓶置入水浴中，并持续搅拌；然后，用去离子水稀释后离心分离，再用无水乙醇的水溶液反复清洗几次，然后放入真空烘箱中干燥，得到淡黄色的磺化聚苯乙烯微球；C.在多巴胺溶液中加入三羟甲基氨基甲烷盐酸盐调节pH为8.5并超声混合均匀；然后将磺化苯乙烯微球加入到多巴胺溶液中；常温搅拌确保多巴胺自聚完全获得包裹磺化聚苯乙烯核心的多巴胺微球；（2）大孔甲基丙烯酸缩水甘油酯泡沫材料的合成：聚合单体甲基丙烯酸缩水甘油酯，交联剂二乙烯基苯，分散到溶剂甲苯中，然后加入引发剂偶氮二异丁腈，搅拌混合后加入表面活性剂2296；在搅拌条件下逐滴加入硫酸钾水溶液，等乳液形成且稳定后倒入安培瓶中反应；反应完成后，用丙酮溶液进行索氏提取12h去除有机溶剂，放入烘箱中烘干；(3)生物粘附法结合多巴胺微球和大孔甲基丙烯酸缩水甘油酯泡沫制备双性能材料：将步骤（1）制备的包裹磺化聚苯乙烯核心的多巴胺微球和步骤（2）所得的大孔甲基丙烯酸缩水甘油酯泡沫材料加入到多巴胺溶液中；常温搅拌24h确保多巴胺自聚完全使多巴胺微球附在大孔甲基丙烯酸缩水甘油酯泡沫材料上；将获得的材料在壳聚糖溶液中浸泡一夜后离心收集；多次重复上述步骤直到大量的多巴胺微球被粘附到大孔甲基丙烯酸缩水甘油酯泡沫材料表面；最后，四氢呋喃溶液除去苯乙烯壳心，获得多孔双功能吸附材料即中空多巴胺粘附的大孔材料。2.根据权利要求1所述的一种制备多孔双功能吸附材料的方法，其特征在于，步骤（1）的A中所述聚乙烯吡咯烷酮粉末、去离子水和无水乙醇的比例为0.7：10：50（g/mL/mL）。3.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：笪祖林，潘建明，刘树成，曾俊，朱恒佳，吴润润，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32