一种高比表面积磁性阴离子交换树脂及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种高比表面积磁性阴离子交换树脂及其制备方法和应用，属于树脂材料领域。一种高比表面积磁性阴离子交换树脂，其特征在于，其骨架由二乙烯苯和丙烯酸甲酯构成，基本结构如下，该树脂骨架内部含有磁性颗粒，其中基团A为以下四种基团中的一种本发明专利技术公开的树脂既具有磁性又具有高比表面积，同时具有离子交换相关性能，可用于化工废水、生化尾水等既包含极性污染物又包含非极性污染物的废水的快速高效处理，具有广阔的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种高比表面积磁性阴离子交换树脂及其制备方法和应用
本专利技术属于阴离子交换树脂及其制备
，具体地说，涉及一种高比表面积磁性阴离子交换树脂及其制备方法和应用，更具体地说，涉及一种内部含有磁性颗粒的高比表面积阴离子交换树脂及其制备方法。
技术介绍
磁性树脂因其吸附容量大、吸附速率快、易分离、操作简单等优点得到了广泛的应用。目前，商业化的磁性树脂以丙烯酸系阴离子交换树脂居多，如US590.0146、CN101781437A等公开的磁性树脂材料，这类材料具有较高的交换容量，通过离子交换作用对水体中溶解性有机污染物，尤其是消毒副产物前驱体以及硝酸根、硫酸根、磷酸根、砷酸根等多种阴离子具有良好的分离和去除效果。但是，这种磁性材料主要依靠离子交换作用，其比表面积较低，例如，中国专利公开号CN101781437A中公开了一种磁性丙烯酸系强碱阴离子交换微球树脂及其制备方法，其所提到的磁性阴离子树脂，比表面积在10m2/g以下（C.D.Shuang,P.H.Li,A.M.Li,Q.Zhou,M.C.Zhang,Y.Zhou,WaterResearch,2012,46,4420.；C.D.Shuang,F.Pan,Q.Zhou,A.M.Li,P.H.Li,Industrial&EngineeringChemistryResearch2012,51,4382.），其对水体中的非极性物质很难有效进行去除，其在对富含非极性有机物的废水如化工废水的处置过程中，无法满足处理的要求。针对化工废水和生化尾水中富含极性与非极性有机物的特征，不仅需要依靠离子交换作用去除极性有机物，还需要通过丰富的孔道与高比表面积来吸附去除非极性有机物。因此，改变磁性阴离子树脂的制备工艺，调整合成过程中单体的用量，研究得到具备一定离子交换容量与较高比表面积的新型材料，进而达到对水体中极性与非极性有机物同时高效去除，具有重要的意义。
技术实现思路
1、要解决的问题针对现有磁性阴离子交换树脂比表面积较低，对水体中非极性有机物去除效果差的缺点，本专利技术提供了一种高比表面积磁性阴离子交换树脂及其制备方法，合成出既具有较高磁性、又具有高比表面积，同时具有离子交换作用的高比表面积磁性阴离子交换树脂。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：一种高比表面积磁性阴离子交换树脂，其骨架由二乙烯苯和丙烯酸甲酯构成，其基本结构如下，该树脂骨架内部含有磁性颗粒，其中基团A为以下四种基团中的一种进一步地，其比表面积为500～1000m2/g，树脂粒径为50～400μm，比饱和磁化强度为2～10emu/g，交换容量为0.5～2.5mmol/g。一种高比表面积磁性阴离子交换树脂的制备方法，其步骤为：(a)配备水相，水相中加入占水相质量百分比为1%～4%的明胶和占水相质量比为5～20%的NaCl；(b)配备油相，油相由反应物单体和致孔剂甲苯构成，反应物单体与甲苯的质量比1：0.5～2，反应物单体由丙烯酸甲酯和二乙烯苯构成，质量比为1:1～9；(c)向油相中加入等于油相质量的0.5%～3%的过氧化苯甲酰作引发剂，搅拌使其充分溶解；(d)向油相中加入粒径为0.1～1μm的Fe3O4磁性颗粒，Fe3O4的添加量等于油相质量的5～25%，将含有过氧化苯甲酰和Fe3O4的油相加入到水相中，油相与水相的质量比为1:4～9，加入时进行搅拌，搅拌速度为100～400rpm，温度控制在60～80℃，反应2～8小时后于85～95℃下保温6～15小时；(e)将步骤(d)得到的树脂冷却后用去离子水洗涤滤干，用丙酮在索氏抽提器中抽提8小时，真空干燥；(f)将上一步骤中得到的树脂用1,2-二氯乙烷溶胀6～9小时，加入树脂质量20～60%的氯化铁在30～80℃反应9～12小时，冷却后将树脂离心分离，分别用去离子水、丙酮洗涤，风干后，真空干燥；(g)将上一步骤中得到的树脂用1～8倍树脂质量的N,N-二甲基丙二胺在100～200℃下胺化8～30小时；(h)将上一步骤中得到的树脂在碱性溶液中通入1～20倍树脂质量的氯甲烷，于20～110℃下反应2～30小时；(i)将上一步骤中得到的树脂离心分离，分别用去离子水、丙酮洗涤，风干后，在50～60℃下真空干燥，得到高比表面积磁性阴离子交换树脂。优选地，上述步骤并非是对制备顺序的绝对限制，只是最优选的方案，作为其他优选方案，制备步骤也可采用(a)～(g)、(i)或(a)～(i)或(a)～(e)、(g)、(h)、(f)、(i)或a)～(e)、(g)、(f)、(i)的步骤进行制备，这样的操作不会对本专利技术的结果有不利的影响。一种高比表面积磁性阴离子交换树脂在化工废水生化尾水的深度处理中的应用。本专利技术利用高纯度二乙烯苯和丙烯酸甲酯作单体，与致孔剂、磁性颗粒均匀混合后，进行悬浮聚合，聚合后的磁性聚合物进行后交联反应，制得磁性高比表面积树脂，经过胺化和烷基化反应后，分别形成叔铵盐和季铵盐，即高比表面积磁性阴离子交换树脂；或者聚合后的磁性聚合物先经过胺化和烷基化反应后，分别形成叔铵盐和季铵盐树脂，然后利用二乙烯苯的残留悬挂双键进行后交联反应，制得高比表面积磁性阴离子交换树脂。.3、有益效果相比于现有技术，本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术提供了一种高比表面积磁性阴离子交换树脂及其制备方法，该制备方法采用不同比例的高纯度二乙烯苯和丙烯酸甲酯聚合，较高比例的二乙烯苯通过后交联得到高比表面积，树脂骨架上的丙烯酸甲酯基团化后具有离子交换相关性能和较好的亲水性，所制备的树脂既具有较高磁性、又具有高比表面积，同时具有离子交换作用；（2）本专利技术的高比表面积磁性阴离子交换树脂具有较优良的吸附、脱附动力学性能，且便于分离，可用于化工废水生化尾水等既包含极性污染物又包含非极性污染物的废水的快速高效处理，具有广阔的应用前景；（3）本专利技术的树脂是一种具备一定离子交换容量与较高比表面积的新型材料，能达到对水体中极性与非极性有机物同时高效去除。附图说明图1为本专利技术一种高比表面积磁性阴离子交换树脂的基本结构示意图；图2为本专利技术实施例1中制备过程中不同步骤得到的树脂FT-IR图谱；图3为本专利技术实施例1制备过程中不同步骤得到的树脂13CNMR图谱。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进一步进行描述。实施例1一种高比表面积磁性阴离子交换树脂的具体制备过程，其步骤为：(a)将500g含有质量比为3.5%的明胶、20%的氯化钠的水溶液加入到1L三口烧瓶中。(b)、(c)和(d)步骤合并，将25g高纯度二乙烯苯、25g丙烯酸甲酯、25g甲苯、1.5g过氧化苯甲酰、10g粒径约为0.8μm的Fe3O4磁性颗粒混合均匀后加入到三颈瓶中，加入时进行搅拌，搅拌速度为100rpm，并升温至60℃，保持8小时；然后升温至85℃，保持15小时出料。(e)将得到的树脂冷却后用去离子水洗涤滤干，用丙酮在索氏抽提器中抽提8小时，真空干燥。(f)干燥后的树脂用1,2-二氯乙烷溶胀6小时，加入质量为树脂质量20%的氯化铁80℃下反应9小时，去离子水、丙酮洗涤后真空干燥。(g)加入质量为树脂质量的8倍的N,N-二甲基丙二胺在100℃下保持30小时出料。(h)加入质量为树脂质量的20倍的氯甲烷，110℃下反应30小时后出料。(i)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高比表面积磁性阴离子交换树脂，其特征在于，其骨架由二乙烯苯和丙烯酸甲酯构成，基本结构如下，该树脂骨架内部含有磁性颗粒，其中基团A为以下四种基团中的一种FDA00003416510600011.jpg,FDA00003416510600012.jpg

【技术特征摘要】
1.一种高比表面积磁性阴离子交换树脂，其特征在于，其骨架由二乙烯苯和丙烯酸甲酯构成，基本结构如下，该树脂骨架内部含有磁性颗粒，其中基团A为以下四种基团中的一种2.根据权利要求1所述的一种高比表面积磁性阴离子交换树脂，其特征在于，其比表面积为500～1000m2/g，树脂粒径为50～400μm，比饱和磁化强度为2～10emu/g，交换容量为0.5～2.5mmol/g。3.一种高比表面积磁性阴离子交换树脂的制备方法，其步骤为：(a)配备水相，水相中加入占水相质量百分比为1％～4％的明胶和占水相质量比为5～20％的NaCl；(b)配备油相，油相由反应物单体和致孔剂甲苯构成，反应物单体与甲苯的质量比1：0.5～2，反应物单体由丙烯酸甲酯和二乙烯苯构成，质量比为1:1～9；(c)向油相中加入等于油相质量的0.5％～3％的过氧化苯甲酰作引发剂，搅拌使其充分溶解；(d)向油相中加入粒径为0.1～1μm的Fe3O4磁性颗粒，Fe3O4的添加量等于油相质量的5～25％，将含有过氧化苯甲酰和Fe3O4的油相加入到水相中，油相与水相的质量比为1:4～9，加入时进行搅拌，搅拌速度为100～400rpm，温度控制在60～80...

【专利技术属性】
技术研发人员：周庆，王梦乔，双陈冬，张满成，李文涛，徐子潇，江野立，解天禹，金晶，孙佳，李爱民，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：