一种磁性杯芳烃聚合物及其制备方法与应用技术

本发明专利技术涉及环境污染物吸附去除技术领域，公开了一种磁性杯芳烃聚合物及其制备方法与应用，本发明专利技术提供的磁性杯芳烃聚合物，其化学结构包括依次连接的杯芳烃单元、桥连单元和磁性Fe3O4单元，杯芳烃单元包括10~14个苯酚子单元，苯酚子单元中含有1~6个碳原子的烃基；桥连单元对应的前体化合物中含有环氧基和羟基或可释放羟基的基团。本发明专利技术的杯芳烃单元包括10~14个苯酚子单元，既易于将其修饰到Fe3O4材料表面，又可以对纳米聚苯乙烯进行有效的吸附富集。集。集。

【技术实现步骤摘要】
一种磁性杯芳烃聚合物及其制备方法与应用


[0001]本专利技术涉及环境污染物吸附去除领域，具体涉及一种磁性杯芳烃聚合物及其制备方法与应用。

技术介绍

[0002]杯芳烃是一类由若干个苯酚单元通过亚甲基在酚羟基邻位桥联形成的低分子聚合物，杯芳烃的分子结构中包括规则排列的亲水性酚羟基和具有疏水特性的烷基（如甲基、叔丁基），分子内腔为圆锥形，整体呈现杯状结构，具有可调节的孔穴和易于衍生化修饰的优点，杯芳烃可以用于吸附多种物质，具有优秀的分子识别能力。
[0003]聚苯乙烯是一种由苯乙烯单体聚合后形成的聚合物，是一种热塑性塑料，广泛应用于光学仪器、化工部门及日常生活用品中。由于其广泛使用，导致聚苯乙烯塑料垃圾在环境中迅速并大量地积聚，在长时间的物理、化学及微生物作用下发生分解而生成聚苯乙烯微塑料（直径小于5 mm），甚至是粒径更小的纳米聚苯乙烯（1 nm
‑
100 nm）。环境中残留的纳米聚苯乙烯赋存数量大、跨生物膜能力强，会对生物体造成发育毒性、肝毒性以及生殖毒性等多种毒性效应，随着食物链的传播极易进入到人体内，对人体健康造成严重的危害。
[0004]相关技术中，大多数研究者将杯[n]芳烃大环主体分子与其他客体分子通过非共价相互作用形成超分子有机骨架，然而这种超分子有机骨架富集介质缺乏足够的稳定性，使其在样品吸附处理中受到了一定的限制。因此，如何对杯芳烃聚合物的结构进行优化和改进，使其满足对纳米聚苯乙烯的有效去除，是本领域亟待解决的一个技术难题。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术提供了一种结构稳定的磁性杯芳烃聚合物及其制备方法。
[0006]本专利技术还提供了一种上述磁性杯芳烃聚合物在吸附纳米聚苯乙烯中的应用。
[0007]第一方面，本专利技术提供了一种磁性杯芳烃聚合物，其化学结构包括依次连接的杯芳烃单元、桥连单元和磁性Fe3O4单元，其中，所述杯芳烃单元包括10~14个苯酚子单元；所述桥连单元对应的前体化合物中含有环氧基和羟基或可释放羟基的基团。
[0008]在一种可选的实施方式中，所述苯酚子单元中含有1~6个碳原子的烃基。
[0009]在一种可选的实施方式中，所述烃基为叔丁基，所述叔丁基位于酚羟基的对位。
[0010]在一种可选的实施方式中，所述前体化合物为γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH
‑
560）和/或2
‑
(3,4
‑
环氧环己烷基)乙基三甲氧基硅烷（KH
‑
186）。
[0011]第二方面，本专利技术提供一种磁性杯芳烃聚合物的制备方法，包括如下步骤：S1、在碱存在下，所述前体化合物与磁性Fe3O4反应，得到环氧基修饰的磁性Fe3O4；S2、在催化剂和碱性试剂作用下，所述环氧基修饰的磁性Fe3O4与杯芳烃反应，即得磁性杯芳烃聚合物。
[0012]在一种可选的实施方式中，所述磁性Fe3O4的制备方法为：在溶剂和稳定剂的存在
下，在水热条件下三价铁盐与沉淀剂反应即可。
[0013]在一种可选的实施方式中，所述铁盐为FeCl3•
6H2O。
[0014]在一种可选的实施方式中，所述稳定剂为柠檬酸钠。
[0015]在一种可选的实施方式中，所述沉淀剂为醋酸铵和/或醋酸钠。
[0016]在一种可选的实施方式中，所述溶剂为乙二醇。
[0017]在一种可选的实施方式中，所述铁盐、所述稳定剂、所述沉淀剂的质量比为：0.5~1：0.2~0.5：1.9~2.5。
[0018]在一种可选的实施方式中，所述铁盐的质量与溶剂的体积之比为：0.5~1：30~50，比例关系为g/mL。
[0019]在一种可选的实施方式中，所述反应温度为180 ℃~200 ℃，时间为12 h~16 h。
[0020]在一种可选的实施方式中，所述杯芳烃和所述环氧基修饰的磁性Fe3O4的质量比为0.5~1：1~1.5。
[0021]在一种可选的实施方式中，步骤S2的反应是在无水溶剂中进行的，所述无水溶剂为无水甲苯。
[0022]在一种可选的实施方式中，步骤S2中反应温度为80 ℃~90 ℃，时间12 h~24 h。
[0023]在一种可选的实施方式中，所述催化剂为四丁基溴化铵、四丁基氯化铵、三辛基甲基氯化铵中的至少一种。
[0024]在一种可选的实施方式中，所述碱性试剂为NaH。
[0025]在一种可选的实施方式中，所述催化剂和所述碱性试剂的质量比为0.4~0.8：0.5~0.8。
[0026]在一种可选的实施方式中，所述催化剂和所述杯芳烃的质量比为0.4~0.8：0.5~1。
[0027]在一种可选的实施方式中，所述杯芳烃的质量与所述无水溶剂的体积之比为0.5~1：100~150，比例关系为g/mL，使杯芳烃分散更加均匀，更有效的修饰到磁性Fe3O4上。
[0028]在一种可选的实施方式中，步骤S2中，在惰性气体保护下，向所述无水溶剂中先加入所述杯芳烃和所述碱性试剂，搅拌反应，之后再加入所述环氧基修饰的磁性Fe3O4和所述催化剂，继续反应。
[0029]在一种可选的实施方式中，所述磁性Fe3O4的质量和所述前体化合物的体积之比为1~2：0.2~0.4，比例关系为g/mL。
[0030]在一种可选的实施方式中，步骤S1的反应是在水溶性溶剂中进行的，所述溶剂为体积比3~5：1的乙醇与水的混合溶剂，乙醇的用量体积较大，可以增加Fe3O4材料在乙醇
‑
水溶液中分散更加均匀，不易团聚。
[0031]在一种可选的实施方式中，步骤S1的反应温度为60 ℃~70 ℃，时间4 h~6 h。
[0032]在一种可选的实施方式中，所述碱与所述前体化合物的体积之比为1~1.5：0.2~0.4。
[0033]在一种可选的实施方式中，所述碱为氨水。
[0034]第三方面，本专利技术还提供了一种磁性杯芳烃聚合物在吸附纳米聚苯乙烯中的应用。
[0035]在一种可选的实施方式中，包括如下步骤：向含有纳米聚苯乙烯的溶液中加入磁性杯芳烃聚合物进行吸附。
[0036]在一种可选的实施方式中，所述磁性杯芳烃聚合物与所述纳米聚苯乙烯的质量比为10：1~2。
[0037]在一种可选的实施方式中，所述纳米聚苯乙烯的浓度为200 μg/mL~400 μg/mL。
[0038]在一种可选的实施方式中，采用的溶剂为二氯甲烷、氯仿、丙酮中的至少一种。
[0039]在一种可选的实施方式中，所述纳米聚苯乙烯的粒径≤2 nm。
[0040]在一种可选的实施方式中，所述吸附的时间为30 min~60 min。
[0041]与现有技术相比，本专利技术的技术方案具有如下优点：1．本专利技术提供的磁性杯芳烃聚合物，其化学结构包括依次连接的杯芳烃单元、桥连单元和磁性Fe3O4单元，其中，所述杯芳烃单元包括10~14个苯酚子单本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磁性杯芳烃聚合物，其特征在于，其化学结构包括依次连接的杯芳烃单元、桥连单元和磁性Fe3O4单元，其中，所述杯芳烃单元包括10~14个苯酚子单元；所述桥连单元对应的前体化合物中含有环氧基和羟基或可释放羟基的基团。2.根据权利要求1所述的磁性杯芳烃聚合物，其特征在于，所述苯酚子单元中含有1~6个碳原子的烃基。3.根据权利要求2所述的磁性杯芳烃聚合物，其特征在于，所述烃基为叔丁基，所述叔丁基位于酚羟基的对位；和/或，所述前体化合物为γ
‑
缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷和/或2
‑
(3,4
‑
环氧环己烷基)乙基三甲氧基硅烷。4.一种权利要求1~3任一项所述的磁性杯芳烃聚合物的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、在碱存在下，所述前体化合物与磁性Fe3O4反应，得到环氧基修饰的磁性Fe3O4；S2、在催化剂和碱性试剂作用下，所述环氧基修饰的磁性Fe3O4与杯芳烃反应，即得磁性杯芳烃聚合物。5.根据权利要求4所述的磁性杯芳烃聚合物的制备方法，其特征在于，所述磁性Fe3O4的制备方法为：在溶剂和稳定剂的存在下，在水热条件下三价铁盐与沉淀剂反应即可；所述铁盐为FeCl3•
6H2O；和/或，所述稳定剂为柠檬酸钠；和/或，所述沉淀剂为醋酸铵和/或醋酸钠；和/或，所述溶剂为乙二醇；和/或，所述铁盐、所述稳定剂与所述沉淀剂的质量比为：0.5~1：0.2~0.5：1.9~2.5；和/或，所述铁盐的质量与所述溶剂的体积之比为：0.5~1：30~50，比例关系为g/mL；和/或，所述反应温度为180 ℃~200 ℃，时间为12 h~16 h。6.根据权利要求4所述的磁性杯芳烃聚合物的制备方法，其特征在于，所述杯芳烃和所述环氧基修饰的磁性Fe3O4的质量比为0.5~1：1~1.5；和/或，步骤S2的反应是在无水溶剂中进行的...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩亚萌，李书鹏，郭丽莉，王蓓丽，李亚秀，张孟昭，
申请(专利权)人：北京建工环境修复股份有限公司，
类型：发明
国别省市：