一种吸附一价金属离子的方法技术

本发明专利技术公开了一种吸附一价金属离子的方法，采用具有开链聚醚结构的小分子多官能度开链聚醚和/或两性长链聚醚作为吸附剂；所述聚醚的结构中含有环氧化合物重复单元，对锂、钠、钾等一价金属离子有良好的吸附能力。当小分子开链聚醚与两性分子反应，可形成具有亲、疏水性的，同时可吸附金属离子的长链聚醚。本发明专利技术所述吸附金属离子的方法可应用于一价金属离子的检测。本发明专利技术所述吸附剂的合成方法简单，价格相对较低，且产品无毒副作用，适用于多种吸附一价金属离子的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种吸附一价金属离子的方法，具体涉及水溶液中吸附金属离子方法和利用仪器吸附金属离子并进行离子检测的方法。
技术介绍
金属离子的检测、脱除等操作在不同领域，如采油、水处理、催化、医学等领域有极为广泛的应用。在以上各种应用中，均涉及到金属离子螯合物的使用。大部分金属离子螯合物的发展主要以二价金属阳离子为目标，如钙、镁、铜等离子。常见的螯合剂有柠檬酸、乙二胺四乙酸(EDTA)等多羧酸根分子。尤其是现阶段对环保要求的日益提高，重金属离子的检测和脱除也受到越来越多的关注。相比以上各种离子，针对一价金属阳离子，如锂、钠、钾离子，而开发的螯合物的种类和数量都比较少。在生物化学的临床实验中，血清钾钠的测定是医院里的常规分析项目。早期钾离子的分析方法是火焰光度法，但此种方法需要使用可燃气体，安全性存在一定隐患。后来普遍使用的测定方法是离子选择电极法或酶法，此两种方法中均需使用可螯合金属钾钠的试剂。另外，由于多数金属钾盐难溶于有机溶剂，在参与有机反应时多存在于水相或固相中，因而对反应速度和产品质量都有较大的影响。采用钾离子螯合剂可增大钾盐在有机相中的溶解度，加快反应速度。目前，应用较多的一价金属阳离子螯合物是冠醚、双冠醚。中国专利CN85205673公开了在半导体钾离子传感器中使用双冠醚作为螯合剂。中国专利CN200610028452.6和中国专利CN200810091235.0分别报道了使用冠醚、冠醚衍生物测定血清中的钾离子浓度。专利CN201210321260.X公开了由二氧化碳、环氧化合物、甲醇一步法合成碳酸二甲酯(DMC)的过程中使用冠醚作为助催化剂。但冠醚的毒性较大，且对环境有污染，在很多领域的应用存在缺陷。因此，需要寻找一种新的吸附一价金属离子的方法，以解决上述存在的各种缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种吸附一价金属离子的方法，使用具有开链聚醚结构的吸附剂。此方法适用于吸附多种一价金属离子的应用，吸附剂的制备方法简单，价格相对较低，且无毒副作用。为实现以上专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种吸附一价金属离子的方法，使用具有开链聚醚结构的小分子多官能度开链聚醚和/或两性长链聚醚作为吸附剂；所述小分子多官能度开链聚醚的结构通式如下：通式(I)中，R1为含有3～12个碳原子的直链或支链烷烃的f价残基，优选含有3～5个碳原子的支链烷烃f价残基；通式(I)中，f为小分子多官能度开链聚醚的官能度，为3～8之间的整数，优选3～5之间的整数；mi、ni为聚合度，mi，i＝1-f分别独立地为1～3之间的整数，优选1或2；ni，i＝1-f分别独立地为0～2之间的整数，优选0或1；作为解释说明，当f为3，则R1为烷烃3价残基，所述小分子多官能度开链聚醚的结构式可表示为式(I-3)：其中m1、m2、m3分别独立地为1～3之间的整数，优选1或2；n1、n2、n3分别独立地为0～2之间的整数，优选0或1；所述两性长链聚醚结构为如式(II)和式(III)所示：通式(II)中，R2为含有6～12个碳原子的直链烷基；通式(II)中，t为1～5之间的整数；通式(II)和(III)中，R3为含有5～12个碳原子的直链或支链f'+1价烷烃残基；通式(III)中，R4为含有3～11个碳原子的直链亚烷基；通式(II)和(III)中，f'为3～7之间的整数，优选3～5之间的整数；通式(II)和(III)中，m'、n'、m'i、n'i为聚合度，m'、m'i，i＝1-f'分别独立地为1～3之间的整数，优选1或2；n'、n'i，i＝1-f'分别独立地为0～2之间的整数，优选0或1；作为解释说明，当f'为4，即R3为5价烷烃残基，所述式(II)结构的两性长链聚醚可表示为式(II-4)；当f'为5，即R3为6价烷烃残基，所述式(II)结构的两性长链聚醚可表示为式(III-5)；m'、m'1、m'2、m'3、m'4、m'5分别独立地为1～3之间的整数，优选1或2；n'、n'1、n'2、n'3、n'4、n'5分别独立地为0～2之间的整数，优选0或1；本专利技术中，所述小分子多官能度开链聚醚的主体结构与冠醚类似，对锂、钠、钾等一价金属阳离子有良好的吸附能力，且吸附能力与金属离子、聚合度、官能度有关系。具体地，随金属离子原子量的升高，最优吸附能力对应的聚醚官能度f也增大。本专利技术中，所述小分子多官能度开链聚醚的制备方法，包括如下步骤：以多元醇为起始剂，加入碱性催化剂，体系进行惰性气体置换(优选氮气)，随后抽真空并升温，脱除生成的水分；向体系中连续通入环氧化合物，待达到设计分子量后，停止通入环氧化合物，进行老化1～2小时，得到粗聚醚；加入水和酸进行中和，随后加入吸附剂A和助滤剂，再升温脱除体系中水分，过滤后得到小分子多官能度开链聚醚。本专利技术中，所述多元醇选自甘油、三羟甲基丙烷、季戊四醇、山梨醇和葡萄糖等中的一种或多种，优选甘油、三羟甲基丙烷和季戊四醇中的一种或多种。本专利技术中，所述碱性催化剂选自氢氧化钾、氢氧化钠和甲醇钠中的一种或多种，优选氢氧化钾，其用量在0.3～3wt％，基于多元醇的质量。本专利技术中，所述环氧化合物选自环氧乙烷和/或环氧丙烷。本专利技术中，制备所述小分子多官能度开链聚醚的反应温度在100～140℃之间，反应压力(表压)在0.1～0.5MPa。本专利技术中，小分子多官能度开链聚醚的中和温度在70～90℃；所述吸附剂A选自硅酸镁、硅酸铝和硅酸镁铝中的一种或多种，用量0.1～2wt％，基于多元醇的质量；助滤剂为硅藻土、酸性白土和氧化镁中的一种或多种，用量0.5～5wt％，基于多元醇的质量。作为一种优选的方案，当以甘油为起始剂，环氧乙烷和/或环氧丙烷为单体时制备得到的小分子多官能度开链聚醚的分子量在200～800之间，优选300-500，相当于小分子多官能度开链聚醚每条聚醚链上有1到5个EO和/或PO分子，优选1-3个EO和/或PO分子。本专利技术中，作为一种优选的小分子多官能度开链聚醚，其结构如下结构式(IV)所示：其中，m1、m2、m3分别对应环氧乙烷、环氧丙烷的聚合度,分别独立地为1～3之间的整数，优选1或2；n1、n2、n3分别独立地为0～2之间的整数，优选0或1；环氧乙烷链段在环氧聚合物中所占比例在10～100wt％之间，优选50～100wt％；环氧乙烷和环氧丙烷可以是无规共聚，也可以是嵌段共聚。本专利技术中，所述吸附剂小分子多官能度开链聚醚与非离子表面活性剂或者烷硫醇连接一起使用，能够明显提高吸附剂对金属离子的脱除效果。因此，将非离子表面活性剂或者烷硫醇与本专利技术所述多官能度小分子开链聚醚连接在一起，能够形成同时具有亲、疏水性的，可吸附一价金属离子的两性长链聚醚，从而更好地吸附一价金属离子。因此，采用非离子表面活性剂或者巯基酸类对小分子多官能度开链聚醚进行改性得到本专利技术所述的两性长链聚醚。本专利技术中，对于两性长链聚醚而言，小分子多官能度开链聚醚中的EO/PO链赋予了两性长链聚醚以吸附金属离子的能力，而非离子表面活性剂则给予了两性长链聚醚分散到油水界面的能力。通过调节两性长链聚醚中的EO/PO比例，以及两性长链聚醚碳链的长度，可以精确调控两性长链聚醚的亲、疏水性，从而在不同溶剂体系中吸附金属离子。本专利技术中，所述结构式(II)的两性长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种吸附一价金属离子的方法，其特征在于，使用具有开链聚醚结构的小分子多官能度开链聚醚和/或两性长链聚醚作为吸附剂；所述小分子多官能度开链聚醚的结构通式如下：通式(I)中，R1为含有3～12个碳原子的直链或支链烷烃的f价残基，优选含有3～5个碳原子的支链烷烃的f价残基；f为3～8之间的整数，优选3～5之间的整数；mi，i＝1‑f分别独立地为1～3之间的整数，优选1或2；ni，i＝1‑f分别独立地为0～2的整数，优选0或1；所述两性长链聚醚结构为如式(II)和式(III)所示：通式(II)中，R2为含有6～12个碳原子的直链烷基；通式(II)中，t为1～5之间的整数；通式(II)和(III)中，R3为含有5～12个碳原子的直链或支链烷烃的f'+1价残基；通式(III)中，R4为含有3～11个碳原子的直链亚烷基；通式(II)和(III)中，f'为3～7之间的整数，优选3～5之间的整数；通式(II)和(III)中，m'、m'i，i＝1‑f'分别独立地为1～3之间的整数，优选1或2；n'、n'i，i＝1‑f'分别独立地为0～2之间的整数，优选0或1。

【技术特征摘要】
1.一种吸附一价金属离子的方法，其特征在于，使用具有开链聚醚结构的小分子多官能度开链聚醚和/或两性长链聚醚作为吸附剂；所述小分子多官能度开链聚醚的结构通式如下：通式(I)中，R1为含有3～12个碳原子的直链或支链烷烃的f价残基，优选含有3～5个碳原子的支链烷烃的f价残基；f为3～8之间的整数，优选3～5之间的整数；mi，i＝1-f分别独立地为1～3之间的整数，优选1或2；ni，i＝1-f分别独立地为0～2的整数，优选0或1；所述两性长链聚醚结构为如式(II)和式(III)所示：通式(II)中，R2为含有6～12个碳原子的直链烷基；通式(II)中，t为1～5之间的整数；通式(II)和(III)中，R3为含有5～12个碳原子的直链或支链烷烃的f'+1价残基；通式(III)中，R4为含有3～11个碳原子的直链亚烷基；通式(II)和(III)中，f'为3～7之间的整数，优选3～5之间的整数；通式(II)和(III)中，m'、m'i，i＝1-f'分别独立地为1～3之间的整数，优选1或2；n'、n'i，i＝1-f'分别独立地为0～2之间的整数，优选0或1。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述小分子多官能度开链聚醚，如结构式(IV)所示：其中，m1、m2、m3分别独立地为1～3之间的整数，优选1或2；n1、n2、n3分别为0～2之间的整数，优选0或1。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述两性长链聚醚如结构式(V)、结构式(VI)所示：其中，m'1、m'2、m'3、m'4分别为1～3之间的整数，优选1或2；n'1、n'2、n'3、n'4分别为0～2之间的整数，优选0或1。4.根据权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，吸附溶液中一价金属离子的方法，包括以下步骤：向含有一价金属离子的待处理溶液中加入吸附剂混合均匀；加入水或有机溶剂，静置后，脱除金属离子后的待处理溶液与含有吸附剂的溶剂分层。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述待处理溶液中一价金属离子的质量浓度为0.01-5wt％，基于待处理溶液的总质量；所述吸附剂加入量为待处理溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：王竞辉，鞠昌迅，刘斌，叶天，张琴花，李付国，陈杰，黎源，华卫琦，
申请(专利权)人：万华化学集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37