一种阴阳离子交换树脂的制备方法及应用技术

本发明专利技术涉及到一种阴阳离子交换树脂的制备方法及应用，将废旧PS电视机外壳通过两步接枝法制备具有离子交换和吸附性能的大孔型阴阳离子交换树脂。步骤如下：1)用浓硫酸将废旧PS电视机外壳在室温下进行多次磺化和用致孔剂致孔后，得到大孔型强酸性阳离子交换树脂(SM‑D001)；2)将上述1)中得到的SM‑D001加入到盛有乙醇和水混合液的的四口烧瓶中，待SM‑D001溶胀后，向烧瓶中添加一定量的二乙醇胺(DEA)溶液，在一定温度下反应一段时间后，得到大孔型阴阳离子交换树脂(SM‑D001‑DEA)。本发明专利技术以价格低廉的废塑料为原料，采用两步接枝的方法，制备具有离子交换和CO2吸附性能的新材料。既实现了废塑料的资源化利用，又可以减少燃煤电厂中CO2的排放。

Preparation and application of an anion-cation exchange resin

【技术实现步骤摘要】
一种阴阳离子交换树脂的制备方法及应用
：本专利技术涉及一种利用废旧PS电视机外壳(HIPS)制备大孔型阴阳离子交换树脂(SM-D001-DEA)的方法及吸附性能，属于利用废塑料制备离子交换树脂的

技术介绍
：近年来，随着科学技术飞速发展，电器产品更新换代速度快，废弃电器产品成逐年增长的趋势。据报道，我国2016年电器产品的报废量达到3.78亿台，其中，电视机报废量为3060万台。报废电器产品主要成分为金属，塑料和玻璃纤维，其中塑料的量占总量的20～30％，再加上塑料的非生物降解性，导致需要为废塑料的安全处理找到环境友好型的解决办法。离子交换树脂作为一种高价值的功能性材料，具有较好的吸附性能，较强的离子交换能力和较高的热稳定性。因此，利用废塑料制备离子交换树脂已被许多研究人员选择为环境友好型解决方案。SulKowski等将制备的硅硫酸用于聚苯乙烯废物的非均相磺化，得到阳离子交换剂，用于处理污水中的重金属离子。Zhang等以废旧印刷电路板为原料，通过磺化反应制备阳离子交换树脂，用于吸附水溶液中重金属Cr(Ⅵ)，以降低水的硬度。专利技术专利号为CN106277898A的中国专利以废弃聚苯乙烯泡沫塑料为原料，通过磺化反应制备磺化废弃泡沫塑料高性能减水剂，其具有更高的减水效果与流动度保持性。以上方法制备的阳离子交换树脂对重金属离子具有较高的吸附能力，但对CO2只是单纯的物理吸附，其CO2吸附量较小。针对这一问题提出了一种利用废旧PS电视机外壳制备阴阳离子交换树脂的方法，该方法是在制备带有磺酸基团(-SO3－)的离子交换树脂的基础上，加入二乙醇胺(DEA)阳离子液体，使二乙醇胺和阳离子交换树脂上的阴离子-SO3－结合，制备阴阳离子交换树脂。二乙醇胺阳离子与-SO3－阴离子形成氢键和离子键后，可以保持其原有的性能。二乙醇胺具有碱性，且含有一氨基官能团，能与CO2进行酸碱中和反应，从而对CO2进行选择性吸收。
技术实现思路
：本专利技术是采用价格低廉的废旧PS电视机外壳为原料，制备具有较高CO2吸附能力的阴阳离子交换树脂1.一种阴阳离子交换树脂的制备方法及应用按下列步骤实现：a.用浓硫酸将废旧PS电视机外壳在室温下进行多次磺化和用致孔剂致孔后，得到大孔型强酸性阳离子交换树脂(SM-D001)；b.将上述a中的SM-D001加入到盛有乙醇和水混合液的500mL的四口烧瓶中，待SM-D001溶胀后，向烧瓶中添加一定量的二乙醇胺(DEA)溶液，在一定温度下反应一段时间，得到大孔型阴阳离子交换树脂(SM-D001-DEA)；2.所述方法中，乙醇和水混合液的量分别为无水乙醇40mL,去离子水10mL。3.所述方法中，加入二乙醇胺的量为7～13mL。4.所述方法中，二乙醇胺和SM-D001的反应温度为50～90℃，反应时间为3～7h。与现有的制备离子交换树脂的技术相比，本专利技术以废旧电视机外壳为原料，运用亲电取代反应和酸碱中和反应原理制备具有较高CO2吸附性能的阴阳离子交换树脂。其反应原理如下：附图说明：图1为不同二乙醇胺加入量制备的SM-D001-DEA的FT-RI谱图。图2为不同二乙醇胺加入量制备的SM-D001-DEA的TGA-DTG图。图3为不同二乙醇胺加入量制备的SM-D001-DEA对CO2的吸附穿透曲线和饱和吸附量曲线。图4为不同反应温度下制备的SM-D001-DEA对CO2的吸附穿透曲线和饱和吸附量曲线。图5为不同反应时间下制备的SM-D001-DEA对CO2的吸附穿透曲线和饱和吸附量曲线。具体实施方式：以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例1称取10g预处理后的废旧PS电视机外壳溶解在100mL二氯甲烷中，再向其中加入50mL浓硫酸充分搅拌均匀，在室温下反应12h，得到具有磺酸基团(-SO3H)的磺酸型树脂，再在相同的条件下用浓硫酸重复磺化两次，接着向得到的磺酸型树脂中加入NaOH溶液直到磺酸型树脂的PH值呈中性，最后洗涤、干燥，得到磺化度较高的磺酸钠型树脂。实施例2称取2g磺酸钠型树脂倒入装有90g乙醇和10g去离子水的四口烧瓶(500mL)中，待树脂颗粒在乙醇/水混合液中分散均匀后，再加入25g正庚烷，在70℃下反应5h后，停止加热。待温度冷却至室温，经过多次过滤和洗涤，最终得到SM-D001。实施例3称取2gSM-D001加入到盛有40mL乙醇和10mL去离子水的四口烧瓶(500mL)中，待SM-D001溶胀后，向烧瓶中添加5～13mL的二乙醇胺(DEA)溶液，在温度为50～90℃下反应3～7h，待温度冷却至室温后，过滤，干燥，得到大孔型阴阳离子交换树脂(SM-D001-DEA)。图1为不同二乙醇胺加入量制备的SM-D001-DEA的FT-RI谱图。SM-D001在3400-3000cm-1范围内出现了由于氢键而缔合的-OH伸缩振动吸收峰，并与SM-D001-DEA中出现的-NH2伸缩振动(3400-3100cm-1)重叠，同时在1220-1040cm-1范围内出现了S＝O双键的伸缩振动吸收峰，表明磺酸基团已经成功的接枝到了苯环上。与SM-D001相比，SM-D001-DEA在1176cm-1，1004cm-1处的特征峰消失，在1672cm-1，1363～1288cm-1处出现的新峰值可以分别归结为-NH2的变形振动和芳香胺的伸缩振动，1118cm-1，1047cm-1处的特征峰较强，分别归因于C-N和C-O的伸缩振动吸收峰，与S＝O的伸缩振动(1220-1040cm-1)发生重叠，由此得出，二乙醇胺成功地负载到了SM-D001上。图2为不同二乙醇胺加入量制备的SM-D001-DEA的TGA-DTG图。由图可见，废旧PS电视机外壳(HIPS)热失重温度在330～465℃之间。与HIPS相比，SM-D001在温度为70～110℃之间出现了新的失重峰，是由于SM-D001中的磺酸钠基团(-SO3Na)具有较强的吸水性，能够吸附吸附空气中的水蒸气，同时磺酸钠基团(-SO3Na)的热分解温度在80～110℃之间，因此该失重阶段为物理吸附水和磺酸钠基团的失重峰，表明磺酸基团已经成功地负载到了HIPS上。相比于具有两个失重阶段的SM-D001，SM-D001-DEA在170～250℃之间出现新的失重峰，且随着二乙醇胺加入量的逐渐增加，失重量增加。表明二乙醇胺(DEA)成功地负载到了SM-D001上。图3为在反应温度为70℃，反应时间为5h，不同二乙醇胺加入量下制备的SM-D001-DEA对CO2的吸附穿透曲线和饱和吸附量曲线。由图可见，当二乙醇胺加入量为9mL时，吸附穿透时间达到6min。且随着二乙醇胺加入量的增加其CO2吸附量呈现先增加后减小的趋势，最大吸附量达到2.87mmol/g。当二乙醇胺的加入量为0mL时，其CO2吸附量为1.87mmol/g，这是由于SM-D001中的富含π电子的苯环与CO2产生π-四极相互作用，同时CO2中的缺电子C与磺酸基团中的-OH相互作用，CO2的“O”原子与羟基正电“H”原子发生强烈的相互作用，从而形成氢键结构。因此，SM-D001与CO2只发生了物理吸附，不发生化学吸附。当加入DEA时，一部分DEA负载在SM-D001表面，其化学结构和性能不发生变化，一部本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种阴阳离子交换树脂的制备方法及应用，其特征在于，包括如下步骤：a.用浓硫酸将废旧PS电视机外壳在室温下进行多次磺化和用致孔剂致孔后，得到大孔型强酸性阳离子交换树脂(SM‑D001)；b.将上述a中的SM‑D001加入到盛有乙醇和水混合液的四口烧瓶(500mL)中，待SM‑D001溶胀后，向烧瓶中添加二乙醇胺(DEA)溶液，在一定温度下反应一段时间，得到大孔型阴阳离子交换树脂(SM‑D001‑DEA)；

【技术特征摘要】
1.一种阴阳离子交换树脂的制备方法及应用，其特征在于，包括如下步骤：a.用浓硫酸将废旧PS电视机外壳在室温下进行多次磺化和用致孔剂致孔后，得到大孔型强酸性阳离子交换树脂(SM-D001)；b.将上述a中的SM-D001加入到盛有乙醇和水混合液的四口烧瓶(500mL)中，待SM-D001溶胀后，向烧瓶中添加二乙醇胺(DEA)溶液，在一定温度下反应一段时间，得到大孔型阴阳离子交换树脂(...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘新民，仇雪霞，牛艳杰，孙欣，
申请(专利权)人：青岛科技大学，
类型：发明
国别省市：山东,37