[发明专利]一种孔径均匀的高比表面中孔吸附树脂及制备方法和应用

说明书

【技术领域】

本发明涉及一种高分子吸附树脂的合成方法和应用，特别是一种孔径均匀的高比表面中孔吸附树脂及制备方法和应用。

【背景技术】

吸附分离技术在科学发展和工业生产中起着非常重要的作用，多年来人们对吸附剂一直进行着广泛深入的研究，随着高分子工业的飞速发展和人们对高分子化工产品的需求日益扩大，高分子吸附剂以其性能好、价格低的优点在废水处理、医药工业、化学工业、分析化学、临床检定和治疗等不同领域显示出了不可替代的作用。其中大孔吸附树脂以其物理化学稳定性高、选择性好、吸附速度快、解吸条件温和、再生处理方便、使用周期长、宜于构成闭路循环、生产成本低等诸多优点得到了广泛的应用。但是由于大孔吸附树脂在其合成过程中受到成孔机理的制约，产物交联键与孔结构分布不均，其比表面积最高只能达到800m²/g(O.Okay，Prog.Polym.Sci.25(2000)711)，和活性炭等无机吸附剂相比还有一定的差距，其相应的吸附容量也不高，这些特点限制了大孔树脂的应用。

上个世纪七十年代，Davankov等人合成了一种超高交联聚苯乙烯吸附树脂，这类吸附树脂是通过Friedel-Crafts烷基化反应，以氯甲醚为烷基化反应试剂，在低温条件下降线型聚苯乙烯或低交联的聚苯乙烯骨架上引入氯甲基，在高温条件下，使氯甲基与苯环发生二次交联而制得的(V.A.Davankov，S.V Rogozhin，M.P.Tsyurupa，Pat.USSR299165(1969)，Pat.USA3729457)。通过这种方法制备的吸附树脂不仅具有很高的比表面积，而且吸附容量较大，在聚苯乙烯的良溶剂和非良溶剂中都能表现出良好的溶胀性能。但这种方法合成步骤繁琐，更重要的是在合成过程中使用强致癌、低沸点的氯甲醚，而且此类树脂的二次交联过程是以亚甲基为交联桥，因此合成的树脂孔径普遍偏小，即主要是由小于2nm的微孔组成的。近年来，为了避免在合成过程中使用氯甲醚，Andoet等人利用聚苯乙烯骨架上的悬挂双键，在付氏催化剂存在下，同样发生Friedel-Crafts烷基化反应，制备出了高比表面积的超高交联吸附树脂，但是，受到交联桥尺寸的限制，这种吸附树脂大部分孔的孔径同样集中分布在微孔部分(C.C.Zhou，J.Yan，Z.N.Cao，J.Appl.Polym.Sci.83(2002)1668)。吸附树脂的特点是多孔性，其孔径、孔分布、孔体积和孔的比表面积等是影响其吸附性能的关键性因素。当树脂的孔径集中分布在微孔部分时，一方面较大的分子不能够进入孔道，树脂只能吸附较小分子的吸附质，限制了树脂应用范围。另一方面，小孔径不利于吸附质在树脂孔道中的扩散，这势必会延长树脂吸附的时间，增加分离的成本。

染料废水主要包括染料生产废水和印染工业废水。目前，染料主要是以芳烃和杂环化合物为母体，并带有显色基团和极性基团，结构日趋复杂，性能也越来越稳定，这给印染废水的处理带来了更大困难。随着结构改良的离子交换树脂、吸附树脂和复合功能树脂的成功研制，树脂吸附法被广泛应用于化工废水的治理与资源化，但是在染料废水处理方面的研究和应用相对不是很多，这是因为染料分子一般尺寸较大，用传统的大孔树脂有很好的吸附动力学性质，但吸附容量较低，而目前商品化的后交联树脂虽然比表面积较大，但其微孔分布一方面较大的染料分子不能扩散进入，另一方面，即使进入树脂孔中也会有较大的传质阻力，扩散速度较慢，而染料废水处理过程，一般处理量较大，扩散动力学性质常常成为制约处理成本的关键因素。为此，我们期望改变树脂的孔结构，合成高比表面的、孔径均匀的、平均孔径处于中孔分布的高容量吸附树脂，将其用于较大的染料分子的吸附，使树脂兼具了高容量和良好的吸附动力学性质。

【发明内容】

本发明的目的是针对上述存在问题，提供一种孔径均匀的高比表面中孔吸附树脂及制备方法和应用，该吸附树脂具有高比表面积同时孔径集中分布在中孔区域，应用于较大染料分子的吸附，兼具高容量和良好的吸附动力学性质，制备方法工艺简单、成本较低，在染料废水的处理中具有广阔的应用前景。

本发明的技术方案：

一种孔径均匀的高比表面中孔吸附树脂，为棕黄色的球形结构，树脂含水率为60-75％，粒径分布为0.3-1.0mm，其BET比表面积为1000-1300m²/g，其孔径集中分布在10-30nm区域，平均孔径为5-10nm。

一种所述孔径均匀的高比表面中孔吸附树脂的制备方法，步骤如下：