一种超分子吸附剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种超分子吸附剂的制备方法及其应用，属于轻型化工领域。本发明专利技术通过采用环氧氯丙烷、三聚氯氰等交联剂对吡啶酮大环化合物进行交联得到一类多孔的吸附材料。制得的吸附剂成本低，吸附容量大，吸附性稳定，且该类吸附材料可以进行多次重复使用，具有极大的节能减排和环境友好的优势。

Preparation method of supramolecular adsorbent and application thereof

The invention discloses a preparation method of a supramolecular adsorbent and an application thereof, belonging to the light chemical field. In the invention, a kind of porous adsorption material is obtained by cross-linking the pyridine ketone macrocyclic compound by adopting cross linking agents such as epichlorohydrin and cyanuric chloride. The adsorbent has the advantages of low cost, large adsorption capacity and stable adsorption, and the adsorbent material can be reused for many times, and has the advantages of energy saving, emission reduction and environment friendliness.

【技术实现步骤摘要】
一种超分子吸附剂的制备方法及其应用
本专利技术涉及一种超分子吸附剂的制备方法及其应用，属于轻型化工领域。
技术介绍
随着工业发展，工业废水和生活废水污染问题日益严重，加强污水处理，特别是工业废水的处理显得尤为重要。印染工厂排放的含有染料的废水，农业生产中大量使用农药和由采矿、废气排放等重金属污染不仅危害了生态环境安全也直接威胁了人类自身的健康。吸附法具有吸附量高，吸附剂和被吸附物可再次利用以及处理后水质好无二次污染等优点，因此吸附法成为当前工业废水处理的主要方法之一。当前吸附剂的种类丰富，脱色效果各不相同，研究具有低成本、高吸附量并且应用范围广泛的吸附剂成为当前研究的热点。大环化合物具有特定尺寸的内腔孔径，能够选择性的实现对客体的结合，可以实现选择性识别。大环化合物对客体的分离是通过将其溶解到不溶于水的有机溶剂中进行液相萃取来实现的，该方法一方面使用了大量的有机溶剂(往往有毒或者易燃)，另一方面超分子化合物会溶解到水中造成超分子化合物的损失。为改善以上缺陷，科研工作者将β-环糊精、杯芳烃或者柱芳烃类的吸附剂固载到二氧化硅微球，纤维素、壳聚糖等基质上；或者通过环氧氯丙烷等试剂进行交联。然而现有的超分子吸附材料存在比表面积小、吸附能力不足的缺点。吡啶酮大环化合物具有不易塌陷的刚性平面结构、富电性的内腔对金属离子、平面分子和结构中有疏水作用的有机物具有选择性。在之前的研究过程中，专利技术人发现，吡啶酮大环化合物本身吸附效果较差；专利技术人制备了基于吡啶酮大环化合物的纤维素基吸附剂，但是其吸附容量还有待增强。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种对废水中的金属离子、平面分子和结构中有疏水作用的有机物具有去除性能的超分子吸附剂的制备方法及应用，并且被吸附物和吸附剂可以二次回收利用，节约了成本，并达到环境友好的目的。本专利技术所用的大环化合物具有刚性、不易塌陷的骨架，能够有效的增大吸附材料的比表面积，增强吸附效果。本专利技术的第一个目的是一种超分子吸附剂的制备方法，所述方法是将吡啶酮大环化合物与交联试剂在弱碱作用下进行反应，即得吡啶酮大环化合物改性吸附剂(超分子吸附剂)。在本专利技术的一种实施方式中，所述吡啶酮大环化合物，为吡啶酮五元大环化合物或吡啶酮六元大环化合物。在本专利技术的一种实施方式中，所述吡啶酮大环化合物，化学式为其中n＝1或者2。在本专利技术的一种实施方式中，所述方法是将吡啶酮大环化合物与交联试剂发生交联反应，使交联试剂与吡啶酮上的仲胺连接。在本专利技术的一种实施方式中，所述交联试剂为环氧氯丙烷、戊二醛、三氯均三嗪、2,3,5,6-四氟对苯二甲腈或者氯代纤维素。在本专利技术的一种实施方式中，所述弱碱为碳酸钾、碳酸钠、三乙胺、醋酸钠或者吡啶。在本专利技术的一种实施方式中，所述吡啶酮大环化合物、交联试剂、弱碱的摩尔比为10:(20-100):(40-100)。在本专利技术的一种实施方式中，所述方法是将吡啶酮大环化合物加入盛有一定体积溶剂的圆底烧瓶中，再加入交联试剂和弱碱，控制反应温度在20-100℃条件下反应1-20小时后，反应完后用水冲洗、抽滤，放入真空干燥箱中干燥，制得所述的吡啶酮大环化合物功能化的吸附剂。在本专利技术的一种实施方式中，所述吡啶酮大环化合物、交联试剂、弱碱的添加量为10mmol、20-100mmol、40-100mmol。在本专利技术的一种实施方式中，所述溶剂为甲醇、二氯甲烷、四氢呋喃、丙酮或者N,N-二甲基甲酰胺。本专利技术的第二个目的是提供按照上述方法制备得到的超分子吸附剂。本专利技术的第三个目的是提供所述超分子吸附剂的应用。在本专利技术的一种实施方式中，所述应用是在废水处理领域的应用，尤其是纺织印染废液中染料残液的移除与回收方面的应用。在本专利技术的一种实施方式中，所述应用是废水中农药百草枯的移除与回收方面的应用。在本专利技术的一种实施方式中，所述应用是在去除染料分子或重金属离子方面的应用，尤其是吸附带正电的染料分子或重金属离子方面的应用。在本专利技术的一种实施方式中，所述重金属离子，可以是Cu2+、Hg2+、Pb2+、Fe3+、Ni2+、Cr3+等重金属离子。在本专利技术的一种实施方式中，所述染料分子，可以是亚甲基蓝、结晶紫等染料，尤其是吸附带正电的染料分子，对于中性，阴离子染料也有吸附效果，但效果不如对阳离子染料的吸附效果。在本专利技术的一种实施方式中，所述农药分子是带正电荷的农药分子，如百草枯(1,1'-二甲基-4,4'-联吡啶氯化物)。本专利技术的有益效果：(1)本专利技术采用交联剂与吡啶酮大环化合物反应制得的超分子吸附剂减少了萃取过程中有机溶剂的用量和避免了吸附剂的损失，简化了萃取步骤，具有较高的吸附容量，从而实现对废水中重金属离子、染料等常见污染物的去除。(2)本专利技术方法简单、易操作，按本专利技术方法得到的超分子吸附剂对金属离子、染料分子和百草枯等都有较高的吸附效果，吸附能力强、吸附速度快(3-15min)，其中对Cu2+、Hg2+、Pb2+、Fe3+、Ni2+、Cr3+的吸附量分别达到518.4mg/g、213.4mg/g、654.8mg/g、713.4mg/g、320.5mg/g、918.4mg/g，对亚甲基蓝、结晶紫、甲基橙的吸附量分别达到920mg/g、298mg/g、80mg/g，对百草枯的吸附量达到239.2mg/g。(3)本专利技术的超分子吸附剂适用范围广，在温度范围室温～50℃，pH范围3～10，在一定程度上扩大了吸附剂的应用范围；而且对低浓度污染物也有较高的吸附效率。(4)本专利技术的超分子吸附剂是可以通过解吸附作用重复再利用的被吸附物，对被吸附物的结构没有破坏作用，并且通过解吸附作用提高了吸附剂的重复利用率，具有成本低廉、吸附容量大、性能稳定、再生性能好及环境友好等优点。附图说明图1：超分子吸附剂的结构示意图；图2：超分子吸附剂的红外图谱；图3：(a)吡啶酮大环化合物交联前扫描电镜图；(b)吡啶酮大环化合物交联后扫描电镜图。具体实施方式实施例1：环氧氯丙烷交联的吡啶酮大环化合物超分子吸附剂的制备按以下方法制备吡啶酮大环超分子吸附剂：将吡啶酮大环化合物、碳酸钾和环氧氯丙烷加入DMF溶液中，三者的摩尔比为1:2:4，反应时间为5h、反应温度为60℃，随着反应的进行体系粘度逐渐增大。停止反应过后过滤，分别使用所得固体采用水洗、乙醇洗涤，之后真空干燥备用。图2为环氧氯丙烷交联的吡啶酮大环化合物吸附剂的红外图谱，如图2所示，3300cm-1左右较为尖锐的胺基峰经环氧氯丙烷交联后变为较为强度更大的宽峰，说明有羟基生成。证明了环氧氯丙烷交联成功。吡啶酮大环化合物交联前后的表面形貌如扫描电镜图3所示，交联后吸附剂的表面变得更加粗糙有孔洞生成，粗糙的表面使得表面能增加有利于吸附的进行。实施例2：环氧氯丙烷交联的吡啶酮大环吸附剂在吸附金属离子方面的应用将实施例1得到的超分子吸附剂25mg，置于150mL一定浓度的金属离子溶液中，搅拌条件下吸附，一定时间后测定并计算吸附剂对它们的吸附量。(1)Cu2+：温度为25℃，时间为10min，pH为4，初始金属离子浓度为96mg/L；超分子吸附剂的最大吸附量达到518.4mg/g；吸附效率为90％。(2)Cu2+：温度为25℃，时间为10min，pH为4，吸附剂的量为2.5mg，初始金属离子浓度为4mg/L；超本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超分子吸附剂的制备方法，其特征在于，所述方法是将吡啶酮大环化合物与交联试剂在弱碱作用下进行反应，即得超分子吸附剂。

【技术特征摘要】
1.一种超分子吸附剂的制备方法，其特征在于，所述方法是将吡啶酮大环化合物与交联试剂在弱碱作用下进行反应，即得超分子吸附剂。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吡啶酮大环化合物为吡啶酮五元环化合物或吡啶酮六元环化合物。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述交联试剂为环氧氯丙烷、戊二醛、三氯均三嗪、2,3,5,6-四氟对苯二甲腈或者氯代纤维素。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述弱碱为碳酸钾、碳酸钠、三乙胺、醋酸钠或者吡啶。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述吡啶酮大环化合物、交联试剂、弱碱的摩尔比为10:(20-100...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙昌，倪佳东，赵春燕，王树根，杜金梅，许长海，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32