[发明专利]一种硼吸附凝胶材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于吸附材料制备及吸附分离领域，具体涉及到一种有机凝胶型硼吸附功能材料及其制备，以及用于含硼水溶液中硼的吸附分离和含硼废水的净化。

技术背景

硼元素与人们日常的生产生活息息相关：一方面，单质硼及硼化合物在现代工业中有着广泛而重要的用途，尤其是在航天、原子能等尖端工业领域具有不可替代的作用，这使得硼及其化合物不仅作为一种重要的工业原料，更作为一种重要的战略物质而得到各个国家的高度重视，目前易分解的高品位硼酸盐矿的储量已经随着硼矿资源的大量消耗而日益减少，世界各国对于开发从海水、盐湖水中提取硼矿资源的技术十分重视；另一方面，水中超标的硼元素对水资源的实际应用造成很大的限制——作为工业用水，过量的硼元素对生产设备有腐蚀作用，造成设备的损坏；作为灌溉用水，过量的硼元素对植物的生长十分不利；作为饮用水，过量的硼元素对人体有害。基于以上种种原因，开发一种简便易行的从水中分离富集硼元素的技术具有重要的实际应用价值，这种技术必将在硼元素的分离、海水淡化、水处理等方面具有十分广阔的应用前景。

目前已经开发了多种从水中分离富集硼元素的工艺技术，这些方法主要包括结晶法、萃取法、吸附法、沉淀法、膜分离法等，其中以通过吸附材料的吸附作用对水中硼元素实现分离富集的吸附法最为简单经济，并且效率较高。人们相继开发了多种用于硼元素分离富集的吸附材料，开发过程的初始阶段主要是研究某些具有吸附能力的无机材料如粘土、Mg/Al型水滑石、水合氧化锆等对硼的吸附能力，这些无机材料对硼元素的吸附不仅速度很慢，而且吸附容量也很小。二十世纪六十年代出现了将葡萄糖甲胺功能基团接枝到大孔聚苯乙烯树脂的表面制成的硼特效吸附树脂，其吸附能力和吸附速度较无机型的硼吸附材料明显提高，但致命的缺点是经酸碱再生过程后硼吸附能力显著下降。人们通过改变基体材料、改善吸附功能基团结构等方式，努力开发吸附容量大、吸附速率快、吸附选择性强并且具有良好循环使用性能的硼吸附材料。

目前有文献报道的硼吸附材料主要是以葡萄糖甲胺作为吸附基团的功能吸附材料，有文献报道的葡萄糖甲胺型功能硼吸附材料主要包括葡萄糖甲胺功能苯乙烯树脂硼吸附材料、葡萄糖甲胺功能丙烯酸酯树脂硼吸附材料、葡萄糖甲胺功能纤维素硼吸附材料、葡萄糖甲胺功能壳聚糖硼吸附材料、葡萄糖甲胺功能有机/无机纤维硼吸附材料等，其制备方法一般是通过各种化学反应将葡萄糖甲胺功能基团接枝到基体材料表面，制备过程较为复杂，有的制备路线还要在较为苛刻的条件下进行，材料的吸附性能也参差不齐。目前，制备各种硼吸附材料主要需要解决的问题包括：

1)材料要有足够大的饱和吸附容量，以对硼元素进行充分高效的分离富集；

2)材料要有较大的吸附速率，以提高生产效率；

3)材料对硼元素的吸附要有一定的选择性并能适应各种复杂的吸附环境，以扩大材料的使用范围；

4)材料要有较好的循环使用性能，以降低其使用成本；

5)材料要有一定的机械强度，以满足实际使用要求；

6)材料的制备路线要简单易行且制备条件温和，以降低其制备成本和改善生产环境。

因此，必须合理设计吸附材料的结构和材料的制备路线，并可通过一定的手段调整材料的各方面性能，以制备综合性能优良的硼吸附材料。

发明内容

本发明的目的是针对当前硼吸附材料制备技术存在的所得材料的硼吸附容量小、吸附速率慢、循环使用性能差并且材料的制备路线繁琐且部分反应条件苛刻等问题，提供一种硼吸附功能凝胶材料及其制备方法。该材料是以一种具有聚合能力并且分子结构中带有葡萄糖甲胺功能基团的葡萄糖甲胺功能丙烯酸酯单体为基础原料，在交联剂的交联作用下直接聚合为具有硼吸附能力的固态凝胶吸附材料，该材料可用于含硼水溶液中硼元素的吸附分离富集。

本发明的技术方案为：

一种硼吸附凝胶材料，该材料原料组成包括如下：

以上原料组成在溶剂中经引发剂引发交联聚合反应后再经溶剂脱除步骤，最后制得硼吸附凝胶材料。

所述的葡萄糖甲胺功能丙烯酸酯单体是葡萄糖甲胺功能甲基丙烯酸缩水甘油酯单体GMHP(3-(N-glucidol-N-methyl)-2-hydroxy-propyl methacrylate，中文命名为3-(N-葡萄糖基-N-甲基)-2-羟丙基甲基丙烯酸酯，英文缩写为GMHP)；

所述的共聚单体，包括甲基丙烯酸甲酯、甲基丙烯酸乙酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸乙酯或苯乙烯；