[发明专利]一种海绵状应急吸附材料及其制备方法

说明书

技术领域：

本发明公开了一种应急吸附材料及其制备方法，更具体的说是一种海绵状应急吸附材料及其制备方法。

背景技术：

近年来，环境突发污染事件时有发生，尤其是因重金属污染导致的水污染突发事件频发。如何快速、高效去除水中重金属离子成为水污染控制研究领域的热点问题。基于高分子聚合物材料的树脂型吸附剂具有吸附容量大、结构可调控、易于再生等优势被广泛应用于废水处理领域。但是传统的颗粒树脂在处理突发水污染事故时存在以下的不足：1）颗粒状树脂需要在吸附柱或混合罐中与被污染的水体接触，很难在水流湍急、水面扰动剧烈的河道中原位净化受污染的水体；2）颗粒状树脂的吸附速率相对较低，很难短时间内处理大量受污染的水体。采用纤维作为吸附材料应用到突发环境污染事件的处置目前已经引起人们的重视。但是在纤维材料在水体中使用需要固着，否则容易相互缠绕以及被水流冲散流失，降低其利用率。

发明内容：

1、发明要解决的技术问题

针对现有纤维状吸附材料对于实际水体应急处理需要固着，难以大范围铺展而带来的局限性，本发明提供了一种应急吸附海绵及其制备方法，采用简单易行的方法对聚乙烯醇（PVA）海绵进行预处理，通过接枝反应和胺衍生物的亲核取代反应，制得含有异羟肟酸结构的新型海绵状应急吸附材料。该发明所采用的海绵基质不具有芳香结构、生物毒性极低，高级别的PVA海绵甚至可以医用，另外该新型海绵状应急吸附材料合成步骤简单，具有很高的亲水性，能够快速、高效的去除水中重金属离子。

2、技术方案

本发明所提供的海绵状应急吸附材料是采用PVA海绵经过接枝聚合和胺衍生物的亲核取代反应制备的。

一种海绵状应急吸附材料，其由以聚乙烯醇((polyvinyl alcohol，英文名称缩写为PVA，CAS号：9002-89-5，平均聚合度2000-3000)海绵为骨架，表面通过接枝反应和修饰合成，其基本结构式如下：

｛中括号‘[]’表示高分子聚合物结构单位，x为聚乙烯醇平均聚合度（2000-3000），a表示单位聚乙烯醇结构单元接枝的丙烯酸甲酯单元的平均数，与聚合单体接枝率有关（本发明中a的值在1.5-2之间）｝。

所述应急吸附材料为海绵状，骨架和表面具有快速去除重金属离子的功能基团。一种海绵状应急吸附材料，其合成流程和基本结构式如下：

（1）PVA海绵预处理

（a）抽提：将PVA海绵用有机溶剂抽提剂在索氏抽提器中抽提8～12小时，然后在室温下晾干；

（b）溶胀：将经过抽提干燥后的PVA海绵置于三颈烧瓶中，加入蒸馏水溶胀1～2小时。蒸馏水与海绵的质量比例为50～100：1，溶胀温度为室温；

步骤（1-a）中所使用的有机溶剂为丙酮、苯或者石油醚。

（2）配制反应乳液

将接枝单体、分散剂和水混合，其中接枝单体、分散剂和水的配比如下：11.1～18.3mL：1g：100～151.7mL；

步骤（2）中所使用的接枝单体为丙烯酸甲酯；所使用的分散剂为明胶、聚乙烯醇或者聚乙烯蜡。

（3）接枝反应

将PVA海绵与乳液混合后加入引发剂，PVA海绵(抽提晾干后的质量)与引发剂、乳液的比例为5g：1～2g：500mL或5g：1～2mL：500mL，在85～95℃下反应8～12小时，得到接枝海绵，丙酮清洗后50℃真空干燥，接枝率=（接枝海绵质量-PVA海绵质量）/PVA海绵质量；

步骤（3）中所使用的引发剂为过氧化苯甲酰、过氧化二叔丁基或酰偶氮二乙丁腈。

（4）胺衍生物的亲核取代反应

（a）将碱、液态胺衍生物或固态胺衍生物、乳化剂和蒸馏水配制成反应液，其配制比例为2～3g：2～3mL：1mL：100mL或2～3g：2～3g：1mL：100mL；

（b）将接枝海绵与上述反应液混合后，其中接枝海绵与步骤4-a中固态或液态胺衍生物的比例为1g：1～1.5g或1g：1～1.5mL，在45～60℃反应12～20小时，得到海绵状应急吸附材料（简称PVA-G-N），蒸馏水清洗后50℃真空干燥。

步骤（4-a）中所使用的碱为氢氧化钠或者氢氧化钾；所使用的胺衍生物选为50%(质量百分比分数)羟胺水溶液、盐酸羟胺或者硫酸羟胺；所使用的乳化剂为聚氧乙烯脱水山梨醇油酸酯、油酸聚氧乙烯酯或双甘油聚丙二醇醚。

3、有益效果