含有纳米粘土的高吸附性环氧树脂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及含有纳米粘土的高吸附性环氧树脂及其制备方法和应用。所述环氧树脂含有丙烯酞胺类单体M1、化学交联剂M2、无机纳米粘土M3和水溶性生物高分子M4，四者用量的质量百分比为:98~50:0~10:2一25:0~15。本制备方法是在水溶液中以M3作为填充剂或增强剂或物理交联剂，以M4作为第二组分，制成具有高水溶性染料吸附性能、优良力学性能和环境友好的环氧树脂。该方法制备工艺简单可靠，不污染环境，具有很强的染料吸附去除作用，具有实用性，染料吸附量可由温度、pH值、交联度、染料浓度、纳米粘土或生物高分子种类和用量，以及反应物投料比来调节。本发明专利技术环氧树脂可用于纺织印染废水处理和染料吸附等领域。

High adsorptive epoxy resin containing nanoscale clay and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
含有纳米粘土的高吸附性环氧树脂及其制备方法和应用
本专利技术涉及环境保护和智能高分子材料领域，具体涉及含有纳米粘土的高吸附性环氧树脂及其制备方法和应用。
技术介绍
随着经济的发展和人口的快速增长，大量的生活废水、工业废水等排入水体，引发一系列的问题。氟污染、水体富营养化以及染料废水的污染最为常见。染料废水的危害性较大，即使浓度很低的染料废水排入水体亦会造成水体透光率的降低，可能会导致水体生态系统的破坏，这引起了人们对染料污染的重视。这些染料分子或者它们的代谢物可能含有剧毒，有潜在的致癌性，甚至引起暴露在外的生物有机体有机突变或过敏。它们不仅污染环境而且穿过整个食物链，导致生物放大。因此，研制和使用新的高效、低毒和价廉的废水处理材料是解决染料废水污染问题的关键之一。染料从废水中移除的传统方法有物化法、化学法、物理吸附法、生化法、电化学法和生物处理技术等。各种方法虽各有特色，但各存在局限性，效果各不相同。相比于上述材料和方法，介于液体和固体之间的能显著地溶胀于水并保持大量水分而又不能溶解于水的环氧树脂在吸附染料废水上具有成本低廉、设计简单、操作简便、环境友好和对有毒物质非常敏感等优点。此外，部分环氧树脂拥有离子官能团，可以吸附和捕捉离子染料。Bekiari等(ColloidandsurfacesA:Physicochem.Eng.Aspects,2008,312:214-218)制备了聚(二甲基丙烯酞胺-co一丙稀酸钠)环氧树脂，并用于亚甲基蓝等有机染料和镍铬等金属离子的吸附，结果发现环氧树脂对染料的吸附取决于其化学结构，其中该凝胶对阳离子染料吸附最好，且可在低pH值I'I`J水溶液中再生。Morris等(Journal.ofColloidandInterfaceScience,1997,190:198-205)将异丙基丙烯酞胺与丙烯酸共聚制得的环氧树脂从溶液中可逆吸附和释放重金属离子铅Pb2+，发现凝胶通过与金属的鳌合作用可有效地吸附Pb2+纳米材料是近二十年来各学科的研究热点。由于纳米粒子较小的尺寸、大的比表面积产生的量子效应和表面效应，赋予纳米材料特殊的性质，表现在力学、光学、电学、磁学、催化等方面显现出优异的性能。自然界中有许多具有纳米结构的天然矿物。层状硅酸盐纳米粘土如蒙脱土、蛙石、绿脱石、高岭土和云母就属于这类矿物。这些粘土是由成千上万个厚度为lnm(纳米)、长宽为几十到几百nm的小片层组成的;其中一些俗称为膨润土的蒙脱土、蛙石等矿物，片层具有很强的极性并带有负电荷，层间吸附有金属阳离子，由于具有比表面积大、孔隙率高、无毒、极性和粘结性强等特征，对水中各种类型的污染物均具有良好的吸附性能。白晓琳等(辽宁化工，2007,36(11):755-757)以镁铝双金属离子低聚物为交联剂，制备了复合联膨润土，用于处理含结品紫染料的废水，发现脱色率在98%以上。中国专利CN1830823A公开了一种由活性膨润土、活性凹凸棒粘土、聚合氯化铝和聚丙烯酞胺组成的纺织印染废水处理剂，中国专利CN101342482A公开了一种硅烷偶联剂改性凹凸棒粘土/聚丙烯酞胺复合吸附剂的制备方法。天然高分子及其衍生物以其独特的优势，己广泛应用在废水处理上。目前，研究和应用的天然有机高分子主要有壳聚糖、淀粉、纤维素等。丁世敏等(武汉大学学报(理学版),2004,50(6):711-715)研究了环氧氯丙烷交联壳聚糖多孔微球对3种染料的吸附性能，并与活性炭、壳聚糖的吸附性能进行了比较，交联壳聚糖多孔微球对橙黄II的饱和吸附量分别是活性炭、壳聚糖的4.39和6.68倍。中国专利CN101279245B公开了一种铜络合天然高分子吸附材料的制备方法，中国专利CN1830823A公开了一种高分子树脂型胆红素吸附剂的制备方法。值得一提的是，中国专利CN101215350A,CN101319019A和CNIO1735353A公开了以无机纳米粘土(如焦磷酸钠改性的锂皂石、锂蒙土和锂藻土)作为物理交联剂制备纳米复合环氧树脂，但并未涉及染料吸附性能。由上分析可以看出，环氧树脂、粘土矿物和天然有机高分子及其衍生物材料均对染料有良好的吸附作用，然而以凝胶作为载体，将无机纳米粘土和水溶性天然高分子相结合用于离子染料吸附的报道相当少。研制适应面广、价格低、应用方便、效果好的染料废水吸附剂是解决纺织等废水污染的当务之急，而综合利用凝胶的大孔洞和高溶胀性、无机纳米粘土的高比表面积及天然生物高分子的无毒和络合吸附性强等优点则可实现优势互补，解决上述问题。
技术实现思路
本专利技术拟解决的技术问题是:设计一种含有无机纳米粘土的环氧树脂，提供一种成本低、生产工艺简单、染料废水吸附效果好的环氧树脂合成工艺，该凝胶既具有良好的力学性能，又具有优异的水溶性染料吸附性能，具有良好的工业应用前景。该凝胶可通过调节投料比、交联度、染料浓度、纳米粘土种类和pH值等有效控制对水溶性离子染料的吸附量和吸附速率，并用于纺织印染废水处理、染料吸附和重金属离子富集回收等领域。本专利技术所制备的含有纳米粘土的高吸附性环氧树脂，由如式M1所示的丙烯酞胺类单体、如式M2所示的化学交联剂N,N’一亚甲基双丙烯酞胺、如式M3所示的无机纳米粘土(具体如锉皂石1-lectorito、镁皂石Saponite，锌皂石Sauconite、硅酸镁锉Magnesiumlithiumsilicate、纳米高岭土nano-kaolinite和纳米凹凸棒nano-attapulgite等)和如式M4所示的水溶性生物高分子(具体如淀粉、梭甲基纤维素钠、海藻酸钠、壳聚糖、腐植酸钠和丝胶蛋白等)溶于水聚合而成，所述的M1,M2,M3,M4的质量百分比为M1;98-50%,M2:0-10%，M3:2-25%，M4:0-15;(Ca,Na,H)(Al,Mg,Fe,Zn)2(Si,A1)4O10(OH)2.mH2O具体如:锂皂石，Hectorite:[Mg5.34Li0.66Si8O20(OH)4]Na0.66锌皂石，Sauconite:[Zn2.40Li1.20Si8O20(OH)4]Nao.3硅酸镁锂，Magnesiumlithiumsilicate:[Mg,Li]3Si8O20(OH)2·4H2O纳米高岭土，nano-kaolfinite:A12Si2O5(OH)4纳米凹凸棒，nano-attapulgito:Mg5SiO8O20(H02)(OH2)4·4H2O水溶性生物高分子材料M4具体如:链淀粉羧甲基纤维素钠:海藻酸钠:壳聚糖:腐植酸钠:其中，R1,R2均为氢原子，或R1,R2均为甲基，或R1为氢原子，R2为异丙基，或R1为氢原子，R2为轻甲基，或R1为乙基，R2为乙基;m为4或8;n为50-5000中任一整数。如式M1所示的丙烯酞胺类单体是制备凝胶的主要组分，为丙烯酞胺或二甲基丙烯酞胺或异丙基丙烯酞胺或轻甲基丙烯酞胺或N,N’一双乙基丙烯酞胺中的一种，其中异丙基丙烯酞胺可使所得凝胶在31-33℃具有温度响应特性，凝胶体积发生显著变化。如式M2所示的化学交联剂为N,N’一亚甲基双丙烯酞胺，外观为白色粉末状结晶，毒性低，对皮肤无刺激，无神经毒性，在水和乙醇等溶剂中经搅拌后可形成透明溶液。如式M3所示的无机纳米粘土，晶体属单斜晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
含有纳米粘土的高吸附性环氧树脂，其特征在于以丙烯酞胺类单体M1为第一组分、以N, N’一亚甲基双丙烯酞胺M2作为化学交联剂、以无机纳米粘土M3作为填充剂或增强剂或物理交联剂，以水溶性生物高分子M4作为第二组分，在水溶液中制成具有高水溶性染料吸附性能、优良力学性能和环境友好的环氧树脂。

【技术特征摘要】
1.含有纳米粘土的高吸附性环氧树脂，其特征在于以丙烯酞胺类单体M1为第一组分、以N,N’一亚甲基双丙烯酞胺M2作为化学交联剂、以无机纳米粘土M3作为填充剂或增强剂或物理交联剂，以水溶性生物高分子M4作为第二组分，在水溶液中制成具有高水溶性染料吸附性能、优良力学性能和环境友好的环氧树脂。2.根据权利要求1所述的环氧树脂，其特征在于所述M1为丙烯酞胺或二甲基丙烯酞胺或异丙基丙烯酞胺或轻甲基丙烯酞胺或N,N’一双乙基丙烯酞胺中的一种。3.根据权利要求1所述的环氧树脂，其特征在于所述无机纳米粘土M3的化学结构通式为(Ca,Na,H)(Al,Mg,Fe,Zn)2(Si,A1)4O10(OH)2.mH2O，晶体属单斜晶系的含水层(链)状结构硅酸盐矿物，具体为理皂石或镁皂石或锌皂石或硅酸镁锉或纳米高岭土或纳米凹凸棒中的一种。4.根据权利要求1所述的环氧树脂，其特征在于所述水溶性生物高分子为淀粉或梭甲基纤维素钠或海藻酸钠或壳聚糖或腐植酸钠或丝胶蛋白中的一种。5.根据权利要求1所述的环氧树脂，其特征在于所述温敏性单体M1、化学交联剂M2、无机纳米粘土M3与水溶性生物高分子M4四者用量的质量百分比为:98一50:0一10:225:0~15。6.一种如权利要求1所述的含有纳米粘土的高吸附性环氧树脂的制备方法，包括下列步骤:(1)将丙烯酞胺类单体、化学交联剂、无机纳米粘土和水溶性生物高分子按照质量百分比为M1:98-5O%,M2:0-I0%,M3:2-25%,M4:0-15%依次加入去离子水中，配制成质量浓度为8-15%的水溶液，在20℃的密封...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁伟，
申请(专利权)人：成都昂多生物技术有限责任公司，
类型：发明
国别省市：四川,51