[发明专利]用于去除水中PFOS和PFOA的吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种高效去除PFOA和PFOS的吸附剂及其制备方法。 

背景技术

全氟化合物(PFCs)是一系列人工合成的，与碳原子连接的氢全部被氟取代的化合物，通常含有一个疏水的烷基链和一个亲水的功能团。由于氟是元素周期表中电负性最强的元素，碳氢链上的氢被氟取代后，C-F键能为485.3kJ/mol，比原来416.7kJ/mol的C-H键能高出许多。PFCs都具有非常稳定的化学性质，难以被物化法和生物降解，从而导致PFCs在环境中持久存在并能被生物富集，具有持久性、生物积累性、污染性、难降解性的特点，对人类健康和生存环境造成影响。PFOS(全氟辛烷磺酸盐)和PFOA(全氟辛酸)是目前应用范围最广的两种PFCs，被大量应用在化工、纺织、涂料、皮革、合成洗涤剂、炊具制造等诸多与人们日常生活息息相关的生产中。由于PFCs溶解度较大，能在水体中大量长期存在，造成海水、地下水和饮用水水源污染，其中PFOS和PFOA污染最为严重。研究表明，生物体内以及人体内均广泛存在着以PFOS和PFOA为主的PFCs污染。因此，找到一种能够高效去除水中PFCs的吸附剂具有很好的应用前景。 

为了减少PFCs对环境的污染，目前，已经提出了一些处理方法，如直接燃 烧法、催化分解法、等离子体分解法和声化学降解法等，但是这些处理技术均对温度或压力有着严格的要求，因此在实际应用中存在局限性。吸附被认为是一种经济有效的去除PFOS和PFOA的方法，而且在水处理方法取得了一些成果。目前已报道的吸附剂有活性炭、树脂和壳聚糖等，虽然取得了一些吸附效果，但仍然存在吸附量低、适用pH范围窄和制备工艺复杂等缺点。本发明的吸附剂是通过ATRP法对棉花表面进行改性，在棉花表面引入季铵盐，制备了一种新型的高分子吸附材料。原子转移自由基聚合是以卤代烷为引发剂，通过以过渡金属为催化剂，有效地抑制了双基终止反应，实现了活性/可控的自由基聚合。ATRP可将一些功能性的单体引入聚合物体系获得功能聚合物，通过改变聚合物刷的组成和聚合度来控制表面的性质。近年来，ATRP应用在材料表面改性，制备不同功能的新型高分子材料方面取得了很多成果。 

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。 

本发明的目的在于通过原子转移自由基聚合(ATRP)技术制备一种去除PFOS和PFOA的高效吸附材料。 

根据本发明的第一方面，本发明提出了一种用于去除水中PFOS和PFOA的吸附剂，其特征在于：所述吸附剂的母体材料为棉花，并且在吸附剂的表面形成有季铵盐。利用该吸附剂，能够有效地去除PFOS和PFOA。 

根据本发明的实施例，该吸附剂还可以具有下列附加技术特征： 

根据本发明的实施例，所述吸附剂对PFOS和PFOA的吸附量为3.08-3.66mmol/g。 

根据本发明的第二方面，本发明提出了一种制备前述吸附剂的方法，其特 征在于，包括下列步骤： 

(a)ATRP引发剂的制备：将棉花与二氯甲烷、a-溴代异丁酰溴、吡啶混合，在常温下反应24h，然后依次用二氯甲烷、丙酮或四氢呋喃、高纯水洗净，干燥后得到ATRP引发剂cotton-Br。所述各物质用量比例为：0.3g棉花∶15mL二氯甲烷∶3mL a-溴代异丁酰溴∶1mL吡啶。(b)ATRP反应：将ATRP引发剂cotton-Br在水、甲醇、N，N，N′，N′，N″-五甲基二乙烯三胺、溴化亚铜、溴化铜的存在下利用ATRP反应引发DMAEMA单体聚合，然后用丙酮或四氢呋喃和高纯水洗净，干燥后得到含有PDMAEMA聚合物刷的棉花，即cotton-g-P(DMAEMA)。所述各物质用量比例为：0.05g cotton-Br∶1mL H₂O∶2mL甲醇∶3mL DMAEMA∶45μL N，N，N′，N′，N″-五甲基二乙烯三胺∶18mg溴化亚铜∶3.6mg溴化铜，反应温度为37℃，反应时间为10-60min。(c)季铵化反应：将上述cotton-g-P(DMAEMA)与溴乙烷及四氢呋喃混合，发生季铵化反应，得到所述的吸附剂。所述各物质的比例为：0.1g cotton-g-p(DMAEMA)∶2mL溴乙烷∶2mL四氢呋喃，反应温度为45℃，反应时间为24h。利用该方法，能够有效地制备上述吸附剂，从而能够有效地去除水中PFOS和PFOA。