一种沥青基磁性HCPs吸附剂及其制备方法与应用技术

本发明专利技术公开了一种沥青基磁性HCPs吸附剂及其制备方法与应用，涉及高分子材料技术领域。该吸附剂以石油沥青、Fe3O4@3

【技术实现步骤摘要】
一种沥青基磁性HCPs吸附剂及其制备方法与应用


[0001]本专利技术属于高分子化学领域，具体涉及一种沥青基磁性HCPs吸附剂及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]超交联聚合物(Hypercrosslinked Polymers，HCPs)是指通过分子间内的交联反应制备具有永久微孔性的网络聚合物。HCPs材料具有高比表面积、微孔结构、低的骨架密度、大的孔体积、高的化学稳定性和热稳定性以及易于功能化等特点，具有广阔的应用前景。而石油沥青廉价且来源丰富，其主要成分为酚类、多环芳烃、杂环化合物。沥青中的大部分多环芳烃是世界卫生组织公认的具有基因毒性和致癌性的物质，并且会对大气和水体造成污染。因此，寻找和开发沥青的无污染使用途径是非常有必要的。
[0003]虽然HCPS具有高比表面积、大孔容及易于功能化等特点被应用于水体污染物的去除，但其本身分离效率较低，可再生能力不高等缺点，限制了其实际应用。而磁性HCPS是一类重要的功能化微孔材料，由于其独特的稳定孔结构、高比表面积和可快速分离与多次循环的磁性，使其成为了当今的研究热点。但开发出新型的、制备简单并且构建不同形貌结构和功能化的磁性微孔复合材料仍然是一个挑战。为了提高吸附剂对污染物的去除效率、吸附容量、吸附速率和选择性等性能，可通过添加不同的功能基团，包括羟基(酚羟基)、巯基等。
[0004]随着现代工业及经济技术的发展，解决水体污染已成为全球共同的责任。重金属离子、药物和个人护理品(Drugs and personal care products，PPCPs)等污染具有持久性和难降解的特点，容易在藻类和泥土中富集，对生态环境和人类健康构成重大威胁。如何高效地脱除水中污染物是当前废水处理的热点和难点。由于HCPs内部含有大量较窄的微孔，HCPs的吸附不仅是一类表面现象，也是吸附质分子通过孔道从表面向微孔转移的过程，因此沥青基HCPs可应用于废水处理领域。然而由于石油沥青中主要成分都是非极性的、本身的分离效率较低且材料在使用后存在难回收分离、机械强度差等缺陷，限制了其实际应用。为解决这种缺陷，将带磁性材料(如铁氧化物)直接引入HCPs中，赋予其磁性有助于吸附完成之后的分离回收；引入不同的功能基团，可提高材料对污染物的去除效率、吸附容量、吸附速率和选择性等性能。因此，急需开发一种富含功能基团的沥青基磁性HCPs，以满足废水中重金属离子及PPCPs的吸附及材料的分离回收，并循环利用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中超交联聚合物(HCPs)原料成本较高、制备步骤较多、功能基团不可控及在污水处理应用前景受限等问题，本专利技术提出一种沥青基磁性HCPs吸附剂及其制备方法与应用。以石油沥青为主要原料；以共沉淀法首先制备出纳米四氧化三铁粒子；并加入含羟基或巯基的芳香族化合物与沥青进行一步编织，引入功能基团，通过傅克烷基化反应制备高比表面积、富含功能基团及具有磁性的HCPs吸附剂。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种沥青基磁性HCPs吸附剂，以石油沥青、Fe3O4@3
‑
苯基戊二酸纳米颗粒以及含羟基或巯基的芳香化合物为原料，加入交联剂及Lewis酸，通过傅克烷基化反应制得。
[0008]优选地，所述Fe3O4@3
‑
苯基戊二酸纳米颗粒通过共沉淀法制得，具体包括以下步骤：
[0009]依次FeCl3、FeCl2溶解在去离子水中，并不断搅拌混合均匀，然后升温至80℃后；注射氢氧化铵，维持pH＝10
‑
11，立即提升搅拌速度，持续反应，当生成大量黑褐色沉淀后加入3
‑
苯基戊二酸，其中，3
‑
苯基戊二酸与Fe
2+
摩尔比为0.9
‑
1.3:1，继续搅拌，然后用盐酸中和、抽滤、洗涤、干燥、研磨，即得。
[0010]优选地，FeCl3和FeCl2的摩尔比为1:2。
[0011]优选地，3
‑
苯基戊二酸与与Fe
2+
摩尔比为1:1。
[0012]优选地，氢氧化铵的质量分数为28wt％。
[0013]优选地，所述交联剂为二甲醇缩甲醛、氯亚甲基醚、氯仿、过氧化苯甲酰中的一种。
[0014]优选地，所述Lewis酸为无水氯化铁、无水氯化铝、三氯化硼、无水溴化铁中的一种。
[0015]优选地，所述含羟基或巯基的芳香化合物为苯酚、对苯二硫醇、硫酚、双酚A、对苯二酚中的一种或几种。
[0016]一种上述的沥青基磁性HCPs吸附剂的制备方法，包括以下步骤：
[0017]在氮气气氛下，常温下首先将石油沥青用1,2
‑
二氯乙烷搅拌至溶解；分别加入Fe3O4@3
‑
苯基戊二酸纳米颗粒和含羟基或巯基的芳香族化合物，用机械搅拌混合均匀；然后，加入交联剂及无水FeCl3，升温至80℃后交联反应至完全，抽滤、洗涤，然后分别甲醇和二氯甲烷分别提取12h，真空干燥，研磨得产物。
[0018]优选地，其中，石油沥青与交联剂的质量比为1:1.3
‑
1.6，Fe3O4@3
‑
苯基戊二酸纳米颗粒、芳香族化合物及Lewis酸的添加量分别为石油沥青质量的20
‑
25％、5
‑
20％和5
‑
10％；
[0019]优选地，石油沥青与交联剂的最优质量比为1：1.5，Fe3O4@3
‑
苯基戊二酸纳米颗粒、芳香族化合物及Lewis酸的添加量分别为石油沥青质量的25％、10％及5％。
[0020]一种上述的沥青基磁性HCPs吸附剂在含重金属离子废水处理中的应用。
[0021]一种上述的沥青基磁性HCPs吸附剂在含PPCPs废水处理中的应用。
[0022]与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：
[0023]本专利技术提供的HCPs吸附剂比表面积在1000m2/g以上，可通过改变单体与交联剂的比值来调节孔隙率；其孔为微孔和介孔的混合物，且以微孔为主；具有磁性，可分离回收、循环使用；吸附剂含功能基团，吸附效率高。
[0024]本专利技术提供的制备方法原材料来源丰富且廉价，制备工艺简单，一步高效。
附图说明
[0025]图1为Fe3O4纳米粒子改性前后SEM对比图；
[0026]其中，(a)改性前；(b)改性后。
[0027]图2为Fe3O4纳米粒子改性前后红外图。
[0028]图3为是否添加磁性纳米粒子的超交联聚合物的SEM对比图；
[0029]其中，(a)无磁性纳米粒子；(b)添加磁性纳米粒子。
[0030]图4为实施例1制备的HCPs吸附剂对不同浓度的金属离子的吸附效果图。
[0031]图5为实施例1制备的HCPs吸附剂对不同浓度的PPCP的吸附效果图。
[0032]图6为实施例1制备的HCPs吸附剂对金属离子的循环洗脱吸附本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种沥青基磁性HCPs吸附剂，其特征在于，以石油沥青、Fe3O4@3
‑
苯基戊二酸纳米颗粒以及含羟基或巯基的芳香化合物为原料，加入交联剂及Lewis酸，通过傅克烷基化反应制得。2.根据权利要求1所述的沥青基磁性HCPs吸附剂，其特征在于，所述Fe3O4@3
‑
苯基戊二酸纳米颗粒通过共沉淀法制得，具体包括以下步骤：依次FeCl3和FeCl2溶解在去离子水中，并不断搅拌混合均匀，升温至80℃后；注射氢氧化铵，维持pH＝10
‑
11，立即提升搅拌速度，持续反应，当生成大量黑褐色沉淀后加入3
‑
苯基戊二酸继续搅拌，其中，3
‑
苯基戊二酸与Fe
2+
摩尔比为0.9
‑
1.3:1，然后用盐酸中和、抽滤、洗涤、干燥、研磨，即得。3.根据权利要求1所述的沥青基磁性HCPs吸附剂，其特征在于，所述交联剂为二甲醇缩甲醛、氯亚甲基醚、氯仿、过氧化苯甲酰中的一种。4.根据权利要求1所述的沥青基磁性HCPs吸附剂，其特征在于，所述Lewis酸为无水氯化铁、无水氯化铝、三氯化硼、无水溴化铁中的一种。5.根据权利要求1所述的沥青基磁性HCPs吸附剂，其特征在于，所述含羟基或巯基的芳香化合物为苯酚、对苯二硫醇、硫酚、双酚A、对苯二酚中的...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宏伟，彭琪，刘清泉，宋飞，陈广，杨淇麟，
申请(专利权)人：湖南科技大学，
类型：发明
国别省市：