一种改性聚苯胺吸附剂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术属于抗生素污染物处理技术领域，具体涉及一种改性聚苯胺吸附剂及其制备方法和应用。所述吸附剂由具有微纳二级结构的聚苯胺组成；其中，微米级聚苯胺作为支撑骨架，呈纤维状，纳米级聚苯胺分布在支撑骨架的表面，为球形颗粒状。所述吸附剂通过化学原位氧化法制备得到，利用其独特的微纳二级结构、比表面积大、表面富有多官能团的优势，有效提高了聚苯胺对环丙沙星的吸附效率和吸附容量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于抗生素污染物处理
，具体涉及一种改性聚苯胺吸附剂及其制备方法和应用。
技术介绍
近年来，随着抗生素的广泛使用，大量抗生素进入水环境中，抗生素类药物水体环境污染问题已在国际上引起普遍的关注。其中，环丙沙星作为一种典型的抗生素，被广泛应用于疾病预防与治疗。研究表明，只有少部分药物能在动物体内代谢降解，大部分环丙沙星以原药和代谢产物的形式经由粪便排出体外，通过污水处理排放、动物粪便施用等途径进入生态环境中，对环境产生不良影响。因此如何降低水环境中的环丙沙星的含量在污水深度处理领域具有重大意义。对环丙沙星的处理方法一般可分为物化法、生化处理法和多种方法组合处理等。其中，物化法包括混凝沉淀法、吸附法、电解法、臭氧氧化法、Fenton氧化法、光催化氧化降解法及膜分离技术；生化处理法包括好氧生物法、厌氧生物处理法以及多方法组合处理方式等。其中混凝沉淀法、Fenton氧化法、臭氧氧化法、膜分离法存在费用较高的问题；电解法的电解床易板结；光催化氧化降解法对选择性要求较高；生化法存在降解时间长等问题；且上述方法对水体中化学需氧量等指标及环丙沙星浓度有较高的要求，其处理效果与污染物浓度、pH值等直接相关，一般用于水质较为稳定、污染物浓度较高的工业废水处理中。而吸附法工艺简单，具有吸附快、吸附效果好等优点，且对水环境中其他指标，如化学需氧量、生物需氧量等依赖性很小，因此适合用于天然水体中环丙沙星污染物的去除。聚苯胺作为一种导电高分子，具有结构多样化、掺杂机制独特、合成原料易得、合成方法简单等优点，已成为最有应用价值的高分子之一。此外，聚苯胺能够适应各种复杂的吸附环境，具有较好的耐溶剂性能。因此关于聚苯胺吸附重金属离子、染色剂等研究逐渐成为国内外热点之一。刘德丽等用聚苯胺吸附Cr(VI)，发现在酸性条件(pH＝3)下时，两者之间静电作用最强烈，吸附能力最强，达到198mg/g(刘德丽，孙德智.聚苯胺对铬离子的吸附性能研究.环境工程学报，2011,5(11)：2552-2556)。丁艳等应用硅磁微粒制备聚苯胺复合物，并就其对染料废水的吸附-降解性能进行研究，发现铁氧体与二氧化硅(nZnFe2O4/nSiO2)摩尔比为1:3的ZnFe2O4/SiO2聚苯胺复合物对染料废水具有较好的降解作用；ZnFe2O4/SiO2/PANI聚苯胺复合物对染料废水的光催化降解活性随苯胺(An)质量分数的增加而增大，当An为50％时，ZnFe2O4/SiO2/PANI复合物对染料废水去除率高达98％(丁艳，金叶，王伟祥，李良超，孔卫秋.硅磁微粒/聚苯胺复合物的制备及其对染料废水的吸附-降解性能.中国科学：化学，2015,45(2)：202-210)。刘凤玲等运用原位聚合法将苯胺聚合在Y分子筛上，得到聚苯胺/Y分子筛复合材料，并探讨该材料在常压下对低浓度CO2的吸附及再生性能，发现吸附量为2.19mmol/g，远高于Y分子筛的0.80mol/g(刘凤玲，卢霞，张慧，葛鑫，刘杰，张泳真.环境科学，2015，12(36)：4396-4402)。
技术实现思路
本专利技术通过化学原位氧化法，获得微纳二级结构的掺杂聚苯胺颗粒，并在制备过程中同时引入磺酸基等功能基团，使其对环丙沙星具有很高的吸附效率和吸附容量。本专利技术的具体技术方案如下：一种改性聚苯胺吸附剂：由具有微纳二级结构的聚苯胺组成；其中，微米级聚苯胺作为支撑骨架，呈纤维状，纳米级聚苯胺分布在支撑骨架的表面，为球形颗粒状。优选地，所述微米级聚苯胺平均直径为60-230nm，长度为1-12μm；所述纳米级聚苯胺平均直径20-50nm，比表面积为350-770m2/g。如上所述的改性聚苯胺吸附剂通过化学原位氧化法制备，具体方法如下：(1)称取适量氧化剂过硫酸铵溶于质子酸溶液中，记为溶液A；取苯胺单体溶于质子酸溶液中，记为溶液B；将溶液A和溶液B分别超声分散均匀后冷却至-5～0℃；(2)将溶液A缓慢滴入溶液B中，得到混合溶液；(3)在-5～0℃下发生静态氧化聚合反应，反应时间为2～18h；(4)反应完毕后，将反应产物进行过滤和洗涤，真空干燥后研磨分散，即得到所述改性聚苯胺吸附剂。优选地，步骤(1)中，所述质子酸溶液的浓度为0.5～2mol/L，所述苯胺单体占溶液B的体积分数为5～40％。优选地，步骤(2)所述混合溶液中，过硫酸铵与苯胺单体的摩尔比为(0.8～1.2)：1，苯胺单体占混合溶液的体积比为2～15％。优选地，所述质子酸为盐酸和十二烷基苯磺酸的混合物。盐酸和十二烷基苯磺酸的摩尔比优选为0.2:1～2:1，更优选地，为0.6:1。如上所述的改性聚苯胺吸附剂在吸附环丙沙星方面的应用：吸附时采用静态吸附法，改性聚苯胺吸附剂与环丙沙星的质量比为1:1000～1:8。本专利技术的有益效果：所述吸附剂利用其独特的微纳二级结构、比表面积大、表面富有多官能团的优势，有效提高了聚苯胺对环丙沙星的吸附效率和吸附容量。该吸附剂处理环丙沙星水溶液时，去除效果可达93.4％以上，吸附能力达46.7mg/g，是一种新型的高效环丙沙星吸附材料。此外，所述吸附剂的制备工艺简单、使用便利、环境友好。附图说明图1为实施例1制备得到的改性聚苯胺吸附剂的结构示意图；图2为实施例1制备得到的改性聚苯胺吸附剂的扫描电镜图；其中，1-纳米级聚苯胺颗粒，2-微米级聚苯胺。具体实施方式实施例1(1)称取3g氧化剂过硫酸铵溶于30mL0.5mol/L质子酸溶液中，记为溶液A；取1mL苯胺单体溶于20mL0.5mol/L质子酸溶液中，记为溶液B；所述质子酸为盐酸和十二烷基苯磺酸的混合物，且两者的摩尔比为0.6:1；将溶液A和溶液B分别超声分散均匀后冷却至-5～0℃；(2)将溶液A缓慢滴入溶液B中，得到混合溶液；(3)在-5～0℃下发生静态氧化聚合反应，反应时间为2～18h；(4)反应完毕后，将反应产物进行过滤和洗涤，真空干燥后研磨分散，即得到所述改性聚苯胺吸附剂。本实施例制备得到的改性聚苯胺吸附剂如图1所示，由具有微纳二级结构的聚苯胺组成；其中，微米级聚苯胺作为支撑骨架，呈纤维状，纳米级聚苯胺分布在支撑骨架的表面，为球形颗粒状。从图2所示的扫描电镜图中可以看出，微米级聚苯胺平均直径为60-230nm，长度为1-12μm；所述纳米级聚苯胺平均直径20-50nm，比表面积为350-770m2/g。实施例2(1)称取15.7g氧化剂过硫酸铵溶于33mL2mol/L质子酸溶液中，记为溶液A；取8mL苯胺单体溶于20mL2mol/L质子酸溶液中，记为溶液B；所述质子酸为盐酸和十二烷基苯磺酸的混合物，且两者的摩尔比为0.6:1；将溶液A和溶液B分别超声分散均匀后冷却至-5～0℃；(2)将溶液A缓慢滴入溶液B中，得到混合溶液；(3)在-5～0℃下发生静态氧化聚合反应，反应时间为2～18h；(4)反应完毕后，将反应产物进行过滤和洗涤，真空干燥后研磨分散，即得到所述改性聚苯胺吸附剂。实施例3(1)称取2.4g氧化剂过硫酸铵溶于37mL1mol/L质子酸溶液中，记为溶液A；取4mL苯胺单体溶于20mL1mol/L质子酸溶液中，记为溶液B；所述质子酸为盐酸和十二烷基苯磺酸的混合物，且两者的摩尔比为0.6:1；将溶液A和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种改性聚苯胺吸附剂，其特征在于，所述吸附剂由具有微纳二级结构的聚苯胺组成；其中，微米级聚苯胺作为支撑骨架，呈纤维状，纳米级聚苯胺分布在支撑骨架的表面，为球形颗粒状。

【技术特征摘要】
1.一种改性聚苯胺吸附剂，其特征在于，所述吸附剂由具有微纳二级结构的聚苯胺组成；其中，微米级聚苯胺作为支撑骨架，呈纤维状，纳米级聚苯胺分布在支撑骨架的表面，为球形颗粒状。2.根据权利要求1所述的一种改性聚苯胺吸附剂，其特征在于，所述微米级聚苯胺平均直径为60-230nm，长度为1-12μm；所述纳米级聚苯胺平均直径20-50nm，比表面积为350-770m2/g。3.权利要求1或2所述的一种改性聚苯胺吸附剂的制备方法，其特征在于，所述吸附剂通过化学原位氧化法制备。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，具体制备方法如下：(1)称取适量氧化剂过硫酸铵溶于质子酸溶液中，记为溶液A；取苯胺单体溶于质子酸溶液中，记为溶液B；将溶液A和溶液B分别超声分散均匀后冷却至-5～0℃；(2)将溶液A缓慢滴入溶液B中，得到混合溶液；(3)在-5～0℃下发生静态氧化聚合反应，反应时间为2～18h；(4)反应完毕后，将反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞盈，姜晓满，田朝晖，张平，呼丽娟，赵金博，马彦琪，
申请(专利权)人：北京师范大学，
类型：发明
国别省市：北京;11