一种嵌段共聚物包埋的纳米零价铁材料、制备方法及其应用技术

本发明专利技术公开了一种嵌段共聚物包埋的纳米零价铁材料、其制备方法及应用。该制备方法包括：将两亲性嵌段共聚物和纳米零价铁溶于有机溶剂中，加水搅拌后减压蒸馏；接着加入改性壳聚糖溶液在氮气氛围下搅拌反应；最后加入交联剂在氮气氛围下搅拌反应，即得。与现有技术相比，本发明专利技术通过嵌段共聚物，根据疏水作用自组装包埋纳米零价铁，制备得到两亲性嵌段共聚物包埋的纳米零价铁材料，以提高包埋后的纳米零价铁材料在地下水中的稳定性与分散性，最终实现对CAHs的高效吸附降解。

A kind of block copolymer embedded nanometer zero valent iron material, preparation method and Application

【技术实现步骤摘要】
一种嵌段共聚物包埋的纳米零价铁材料、制备方法及其应用
本专利技术涉及一种嵌段共聚物包埋的纳米零价铁材料、制备方法及其应用。
技术介绍
CAHs为挥发性有机物(VOCs)，大部分CAHs密度比水大，溶解度较低，脂溶性很强。大多数CAHs具有急性或慢性毒性，长期接触会导致肝脏、肾脏及心脏畸形，致癌，广泛应用于化工、皮革和干洗行业。零价铁还原技术在近年来已成为土壤和地下水氯代脂肪烃污染去除的重要技术。本课题组针对场地地下水中CAHs的污染羽分布、迁移转化规律、自然衰减规律和修复材料进行相关研究，并已发表数篇高水平论文。但是在实际运用修复材料去除地下水氯代脂肪烃过程中，遇到一些难以克服的问题，例如零价铁及其碳基复合材料在地下水中反应过快，未与目标CAHs接触，就已经与地下水中其他物质反应。气凝胶，作为一种纳米多孔材料，具有纳米颗粒构成的连续三维纳米多孔网络结构，具有低密度、高孔隙率、高比表面积、大孔体积等特性。独特的结构特性使气凝胶在吸附分离、水处理等方面具有良好的性能，在环保领域具有广泛的应用前景。嵌段共聚物(blockcopolymer)，凝胶材料中的一种，是将两种或两种以上性质不同的聚合物链段连在一起制备而成的一种高分子聚合物。具有特定结构的嵌段聚合物的性质与简单线形聚合物、许多无规共聚物、均聚物的混合物不同，可作为界面改性剂应用等。近年来，利用嵌段共聚物与无机纳米粒子自组装形成有机/无机复合功能性材料在诸多领域广泛应用。例如药物缓释、化工等各个领域。本专利技术通过嵌段共聚物，根据疏水作用自组装包埋纳米零价铁，制备得到一种嵌段共聚物包埋的纳米零价铁材料，以提高包埋后的纳米零价铁材料在地下水中的稳定性与分散性，最终实现对CAHs的高效吸附及降解。
技术实现思路
鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是零价铁材料在修复污染地下水中的反应过快，还未与目标CAHs接触，就已经与地下水中其他物质反应的问题。两亲性嵌段共聚物包埋纳米材料具有渗透性可控、水溶性以及生物相容性良好等优点，在可控药物释放领域有良好的应用前景。但是在环境污染治理方面的应用尚属空白。理论上，嵌段共聚物的两亲性使得复合核壳材料既能稳定地在水中分散，又能利用疏水性特点吸附疏水性污染物质，比如氯代脂肪烃等。利用核内的纳米材料对脂溶性污染物进行靶向去除，既能提高核内材料的抗氧化能力，又能高效去除脂溶性污染物。为实现上述目的，本专利技术提供了一种嵌段共聚物包埋的纳米零价铁材料的制备方法：将嵌段共聚物和纳米零价铁溶于有机溶剂中，加水搅拌后减压蒸馏，经磁铁分离后即得。本专利技术还提供了一种嵌段共聚物包埋的纳米零价铁材料制备方法，包括如下步骤：将嵌段共聚物和纳米零价铁溶于有机溶剂中，加水搅拌后减压蒸馏；接着加入壳聚糖在氮气氛围下搅拌反应；最后加入交联剂在氮气氛围下搅拌反应，即得。本专利技术还提供了一种嵌段共聚物包埋的纳米零价铁材料的制备方法，包括如下步骤：将嵌段共聚物和纳米零价铁溶于有机溶剂中，加水搅拌后减压蒸馏；接着加入壳聚糖在25～35℃、氮气氛围下搅拌反应1～3小时；最后加入交联剂在35～50℃、氮气氛围下搅拌反应1～3小时，即得。优选的，所述的壳聚糖溶液为壳聚糖溶解在稀酸中制备得到的；更具体的，本专利技术所述的壳聚糖溶液为将壳聚糖按质量比(1～3)：100加入到2～3wt％乙酸水溶液制备得到。壳聚糖的溶解性较差，易溶于稀酸后呈黏稠状，溶解后的壳聚糖呈凝胶状态，具有较强的吸附能力。本专利技术还提供了一种嵌段共聚物包埋的纳米零价铁材料的制备方法，包括如下步骤：将嵌段共聚物和纳米零价铁溶于有机溶剂中，加水搅拌后减压蒸馏；接着加入改性壳聚糖溶液在25～35℃、氮气氛围下搅拌反应1～3小时；最后加入交联剂在35～50℃、氮气氛围下搅拌反应1～3小时，即得。优选的，所述有机溶剂为四氢呋喃、二氯甲烷中的一种。优选的，所述交联剂为戊二醛、乙二醛、京尼平中的一种。优选的，所述嵌段共聚物和纳米零价铁的质量比为1：(1～3)。优选的，所述改性壳聚糖溶液的制备方法为：将1～3g壳聚糖溶于10mL甲醇中，在100～300rpm、10～30℃搅拌下加入15～20mL20～50wt％NaOH水溶液，接着以5～10mL/h的速度滴加15～20mL改性剂，升温至45～55℃，反应2～14h，过滤，得到的滤渣依次用水、乙醇、甲醇洗涤，最后用丙酮脱水，在45～55℃的条件下干燥0.5～2.0h得到改性壳聚糖；将改性壳聚糖溶于水制备得到1～3wt％的改性壳聚糖水溶液。优选的，所述改性剂为含10～30wt％二硫化碳和10～30wt％半胱氨酸的乙醇溶液。嵌段共聚物(blockcopolymer)，是将两种或两种以上性质不同的聚合物链段连在一起制备而成的一种高分子聚合物。具有特定结构的嵌段聚合物的性质与简单线形聚合物、许多无规共聚物、均聚物的混合物不同，可作为界面改性剂应用等。近年来，利用嵌段共聚物与无机纳米粒子自组装形成有机/无机复合功能性材料在诸多领域广泛应用，例如药物缓释、化工等各个领域。两亲性嵌段共聚物，指的是同时具有亲水嵌段端和疏水嵌段端的大分子聚合物，在溶液中通常仍保持不同嵌段的不相容性。例如，在水溶液中疏水链段驱动聚合物链的聚集，促使内部形成疏水链段，亲水链段以溶剂化形式形成壳层稳定的胶束。胶束只有在特定浓度以上才能形成，即临界胶束浓度(CMC)。在临界胶束浓度以下，单个聚合物以分子链的形式溶解在溶液中，嵌段的相对长度，嵌段共聚物的性质和相对分子质量都影响CMC的大小。一般而言，可溶链段的相对分子质量保持不变，不溶链段的相对分子质量越大，CMC就越低。在嵌段共聚物中不溶嵌段以共价键与可溶嵌段相连，不溶嵌段聚集时，可溶嵌段组织了沉淀的产生，因而胶束化取代沉淀过程。此外，胶束聚集体的形态会依据不同情况而变化。以聚丙烯酸-苯乙烯在水溶液自组装得到胶束为例，根据水的加入量的不同会出现球形、棒性、囊泡和其他双层结构、六方体积结构和大复合胶束。控制制备条件，改变体系自由能做出贡献的三种力(成核嵌段的伸展度、壳间斥力和界面能)的平衡，从而影响胶束聚集体的形态。两亲性嵌段共聚物包埋纳米材料具有渗透性可控、水溶性以及生物相容性良好等优点，在可控药物释放领域有良好的应用前景。但是在环境污染治理方面的应用尚属空白。理论上，嵌段共聚物的两亲性使得复合核壳材料既能稳定地在水中分散，又能利用疏水性特点吸附疏水性污染物质，比如氯代脂肪烃等。利用核内的纳米材料对脂溶性污染物进行靶向去除，既能提高核内材料的抗氧化能力，又能高效去除脂溶性污染物。优选的，所述嵌段共聚物为两亲性嵌段共聚物聚丙烯酸-苯乙烯(PS-b-PAA)、两亲性嵌段共聚物聚乙二醇-聚丙烯酸叔丁酯、两亲性嵌段共聚物聚丙烯酸-b-聚丙烯酸甲酯中的一种。所述两亲性嵌段共聚物聚丙烯酸-苯乙烯(PS-b-PAA)的制备方法，包括如下步骤：S1聚丙烯酸叔丁酯(Pt本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种嵌段共聚物包埋的纳米零价铁材料的制备方法，其特征在于：将嵌段共聚物和纳米零价铁溶于有机溶剂中，加水搅拌后减压蒸馏，经磁铁分离后即得。/n

【技术特征摘要】
1.一种嵌段共聚物包埋的纳米零价铁材料的制备方法，其特征在于：将嵌段共聚物和纳米零价铁溶于有机溶剂中，加水搅拌后减压蒸馏，经磁铁分离后即得。


2.一种嵌段共聚物包埋的纳米零价铁材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将嵌段共聚物和纳米零价铁溶于有机溶剂中，加水搅拌后减压蒸馏；
接着加入壳聚糖溶液在氮气氛围下搅拌反应；
最后加入交联剂在氮气氛围下搅拌反应，即得。


3.一种嵌段共聚物包埋的纳米零价铁材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将嵌段共聚物和纳米零价铁溶于有机溶剂中，加水搅拌后减压蒸馏；
接着加入壳聚糖溶液在25～35℃、氮气氛围下搅拌反应1～3小时；
最后加入交联剂在35～50℃、氮气氛围下搅拌反应1～3小时，即得。


4.一种嵌段共聚物包埋的纳米零价铁材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
将嵌段共聚物和纳米零价铁溶于有机溶剂中，加水搅拌后减压蒸馏；
接着加入改性壳聚糖溶液在25～35℃、氮气氛围下搅拌反应1～3小时；
最后加入交联剂在35～50℃、氮气氛围下搅拌反应1～3小时，即得。


5.如权利要求1～4任一项所述嵌段共聚物包埋的纳米零价铁材料的制备方法，其特征在于：所述嵌段共聚物为两亲性嵌段共聚物聚丙烯酸-苯乙烯、两亲性嵌段共聚物聚乙二醇-聚丙烯酸叔丁酯、两亲性嵌段共聚物聚丙烯酸-b-聚丙烯酸甲酯中的一种。


6.如权利要求5所述嵌段共聚物包埋的纳米零价铁材料的制备方法，其特征在于，所述的两亲性嵌段共聚物聚丙烯酸-苯乙烯的制备方法，包括如下步骤：
S1聚丙烯酸叔丁酯的制备：
在干燥、无氧的条件下将溴化亚铜、2-溴丙酸甲酯、五甲基二亚乙基三胺、丙烯酸叔丁酯加入到甲苯中，经冻融循环...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆强，孟军，王丽，李菲，胡士彭，
申请(专利权)人：上海澄域环保工程有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31