一种聚苯胺基复合功能材料、制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种聚苯胺基复合功能材料、制备方法及应用，属于废水处理领域。该材料的制备方法包括以下步骤：1)苯胺单体的提纯；2)苯胺单体分散：移取提纯后的苯胺单体分散水中，室温搅拌，得到苯胺单体分散液；3)混合：称取树脂，乙醇浸泡、水洗后，置入步骤2)中的苯胺单体分散液中、搅拌，得到混合液；4)氧化剂的配制；5)将氧化剂滴加到步骤3)中的混合液中，滴加完毕后，静置搅拌，产物过滤、醇洗、水洗至中性、干燥。该复合功能材料不仅可以吸附废水中的六价铬，且可进一步将六价铬还原转化为三价铬，实现含铬废水的脱毒处理及资源化回收利用；克服了聚苯胺纳米粉体不便于水体应用的缺陷，便于大规模生产应用。

【技术实现步骤摘要】
一种聚苯胺基复合功能材料、制备方法及应用
本专利技术属于水污染处理领域，涉及水中六价铬的还原和吸附去除，具体涉及一种聚苯胺基复合功能材料、制备方法及应用。
技术介绍
铬及其化合物在现代工业应用广泛，油墨、染料、电镀以及铬法制革等工业都离不开铬化合物，这些工业排放的废水中会含有数量不同的铬。铬在水中以六价(Cr2O72-，CrO42-三价(CrO2-,Cr3+)离子形态存在，工业废水中主要以六价形态存在。人在饮用被铬污染的水后可以引起肠胃痛和肠胃功能紊乱等疾病甚至致癌和致畸变。另外铬对水体鱼类、微生物及某些农作物的生长也有抑制作用，从而会影响水的利用和水体的自净功能。国家环保部门将含铬废水列为一类污染物，严格控制含铬废水的直接排放。因此，对于六价铬的处理一直是国内外环境领域的研究热点。目前，工业上对含六价铬的废水的处理办法主要包括离子交换法、电化学法、反渗透法和吸附法等方法，其中吸附法由于操作简便、安全、设备简单等优点，应用最为广泛。上述处理方法均存在一定的局限，如去除量低、二次污染严重等严重问题。目前来说，研究较多的吸附剂主要有炭质吸附剂和有机聚合物等，但是大多数吸附剂仍处于实验室研究阶段，因此开发吸附效果好、便于实际生产应用的用于铬的吸附去除的吸附剂是处理含铬废水的一个重要的方向。聚苯胺作为一种新型的导电聚合物，其分子中含有大量的氨基亚氨基功能基团，它们对金属离子具有良好的络合作用，同时这些氨基亚氨基还具有还原性，可以与一些氧化还原电位高的金属离子发生氧化还原反应，同时由于其具有很好的耐溶剂性能，故而可以广泛的应用于各种复杂的环境条件。已有的研究表明，聚苯胺对于六价铬具有相对较高的吸附容量，是较优的除铬吸附剂，同时聚苯胺上的亚氨基功能团还可以有效的还原六价铬为毒性较低的三价铬。为了提高聚苯胺对铬的吸附能力，各种载体如粘土、纳米纤维、磁性纳米粒子等被用于聚苯胺的载体制备聚苯胺复合材料，但是这类复合材料仍是以分散性的分散材料，仍是不利于聚苯胺在实际水体中的应用。现有技术中，聚苯胺的制备方法一般为：将苯胺单体在酸性溶液中分散，保持低温缓慢加入配置好的氧化剂。为了更好的发挥聚苯胺在环境中的应用，现有技术中已存在聚苯胺相关材料的研究，如中国专利申请号CN201110205090.4，公开日期为2012.02.15的申请案公开了一种利用聚苯胺改性凹凸棒土去除水中六价铬的方法，该申请案的方法首先在冰水浴的条件下，将苯胺和对苯二胺溶于浓度为1mol/L的盐酸溶液中，再加入凹凸棒土，搅拌均匀；然后，将过硫酸铵溶于另外的浓度为1mol/L的盐酸溶液中；最后，将前两步得到的溶液混合进行聚合反应后，室温静置，之后过滤，洗涤，干燥，得到聚苯胺改性的凹凸棒土复合微粒，将制得的聚苯胺改性的凹凸棒土复合微粒与待去除六价铬的水按质量比为1：800～5000混合，能够有效去除六价铬初始浓度为2.5～35mg/L的废水中的六价铬，本专利技术克服了现有吸附方法存在的吸附剂吸附容量小、吸附速率低和吸附效率差的缺点，有效控制了六价铬对水体所造成的污染与危害。然而该申请案的方法还存在以下缺陷：1)聚苯胺改性的凹凸棒土复合微粒仍是以粉体形式应用，不便于投入大规模实际使用；2)聚苯胺改性的凹凸棒土复合微粒对水体中六价铬的吸附容量还有待提高；3)该申请案并未研究聚苯胺改性的凹凸棒土复合微粒对六价铬的还原能力。中国专利申请号CN201710026980.6，公开日期为2017.10.13的申请案公开了一种新型多孔导电性聚苯胺材料的制备方法及其应用于废水中Cr(VI)的还原和去除，其利用细菌菌体具有一定外形、但干燥时易失水的特征，采用化学氧化方法将聚苯胺在水溶液中生长在细菌菌体表面后，在80℃条件下干燥，使得细菌菌体失水破裂形成孔隙，制备得到多孔性聚苯胺材料。该模板只释放出水来，无二次污染产生，为一种绿色模板。采用细菌为模板该材料导电性可比达到10S/cm，该材料等电点降低至pH＝4.5，可同时实现对废水中Cr(VI)的还原和还原后Cr(III)的吸附。然而该申请案的方法还存在以下缺陷：1)多孔导电性聚苯胺仍是以分散性的粉末材料存在，不利于实际水体的应用；2)多孔导电性聚苯胺的制备方法不同采用的是模板法，且模板为细菌菌体。基于现有技术的缺陷，亟需专利技术一种对六价铬吸附性能好、利于大规模应用的聚苯基复合功能材料。
技术实现思路
1.要解决的问题为了克服聚苯胺纳米粉体不便于水体应用以及聚苯胺相关复合材料对水体中六价铬的吸附性能有待提高的缺陷，本专利技术旨在提供一种比表面积大、对水体中六价铬吸附性能好、利于大规模应用，同时可实现含铬废水的脱毒处理及资源化回收利用的聚苯氨基复合功能材料。2.技术方案为了解决上述问题，本专利技术所采用的技术方案如下：本专利技术提供了一种聚苯胺基复合功能材料，所述聚苯胺基复合功能材料由苯胺单体分散到大孔吸附树脂的表面和内孔中发生氧化聚合反应制得。作为本专利技术更进一步的改进，所述的聚苯胺基复合功能材料的比表面积为652.6m2/g，平均孔径为10.23nm。作为本专利技术更进一步的改进，所述的聚苯胺基复合功能材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)苯胺单体的提纯：将苯胺单体利用二甲基硅油作为油浴试剂，收集馏出组分；2)苯胺单体分散：移取步骤1)处理后的苯胺单体分散水中，室温搅拌，得到苯胺单体分散液；3)树脂预处理：称取树脂，乙醇浸泡、水洗后，置入步骤2)中的苯胺单体分散液中、搅拌，得到混合液；4)氧化剂的配制：称取氧化剂溶解到盐酸溶液中；5)将氧化剂滴加到步骤3)中的混合液中，滴加完毕后，静置搅拌，产物过滤、醇洗、水洗至中性、干燥。作为本专利技术更进一步的改进，所述树脂和苯胺单体的质量比为(1～6)：1。作为本专利技术更进一步的改进，所述的大孔吸附树脂为XAD-4。作为本专利技术更进一步的改进，所述氧化剂为过硫酸铵。作为本专利技术更进一步的改进，所述步骤3)中搅拌时间为6～12h，温度为室温。作为本专利技术更进一步的改进，本专利技术提供了一种去除水体中六价铬的方法，采用所述的聚苯胺基复合功能材料吸附去除水体中的六价铬。作为本专利技术更进一步的改进，所述水体中六价铬的浓度为5～10mg/L，水体的pH值为6～8。作为本专利技术更进一步的改进，所述方法还包括脱吸附步骤，该步骤中采用酸将吸附后的六价铬还原为三价铬。3.有益效果相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：(1)本专利技术的聚苯胺基复合功能材料，以大孔吸附树脂作为载体，在其内孔和外表面进行苯胺的氧化聚合，由于XAD-4对苯胺优良的吸附作用，使得树脂球内部和外表面均分布着聚苯胺，十分有利于聚苯胺在树脂内外表面的固定；将其作为吸附剂应用于去除水中的铬，以单位质量的聚苯胺进行计算得到了较高的吸附量。本专利技术制备的聚苯胺吸附剂单位质量的聚苯胺的吸附量可达130.55mg/g，制成的聚苯胺基复合功能材料可直接应用于实际废水，在水体污染和修复领域具有良好的应用前景。(2)本专利技术的聚苯胺基复合功能材料，其吸附比表面积高达652.6m2/g，平均孔径在10.23nm，而现有技术中制备的聚苯胺粉末的比表面积仅仅为20～50m2/g，因此树脂和苯胺结合后形成的聚苯胺基复合功能材料具有更大的比表面积，从本质上改善了其吸附性能，利于推广。(3)本专利技术的聚苯胺本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种聚苯胺基复合功能材料，其特征在于：所述聚苯胺基复合功能材料由苯胺单体分散到大孔吸附树脂的表面和内孔中发生氧化聚合反应制得。

【技术特征摘要】
1.一种聚苯胺基复合功能材料，其特征在于：所述聚苯胺基复合功能材料由苯胺单体分散到大孔吸附树脂的表面和内孔中发生氧化聚合反应制得。2.根据权利要求1所述的聚苯胺基复合功能材料，其特征在于：所述的聚苯胺基复合功能材料的比表面积为652.6m2/g，平均孔径为10.23nm。3.权利要求1或2所述的聚苯胺基复合功能材料的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：1)苯胺单体的提纯：将苯胺单体利用二甲基硅油作为油浴试剂，收集馏出组分；2)苯胺单体分散：移取步骤1)处理后的苯胺单体分散水中，室温搅拌，得到苯胺单体分散液；3)树脂预处理：称取树脂，乙醇浸泡、水洗后，置入步骤2)中的苯胺单体分散液中、搅拌，得到混合液；4)氧化剂的配制：称取氧化剂溶解到盐酸溶液中；5)将氧化剂滴加到步骤3)中的混合液中，滴加完毕后，静置搅拌，产物过滤、醇洗、水洗至中性、干燥。4.根据权利要求3所...

【专利技术属性】
技术研发人员：高冠道，丁杰，潘丙才，蒲良桃，王炎锋，刘振威，任志远，董上上，喻安晴，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32