[发明专利]一种去除重金属离子的磁性丙烯酸系多胺树脂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种选择性去除重金属离子的磁性丙烯酸系多胺树脂及其制备方法和应用。尤其是一种对重金属离子具有高效吸附去除效果的内含磁性颗粒的丙烯酸系多胺树脂。

背景技术

近年来，人类的生活、工农业生产所排放的废物已导致环境水体中重金属离子浓度不断升高，人类的身体健康受到严重威胁。因此，重金属污染问题已被全世界所关注。

传统多胺树脂粒径为0.3~1.2mm，一般采用固定床工艺制备。但该工艺存在处理流量较小，投资和运行成本较高，稳定性较差等缺点。若合成出粒径较小的粉末微球树脂，因外比表面积增大，在应用中可进一步提高脱附和吸附性能。另外，若将磁性颗粒植入小粒径树脂中构筑磁性树脂，将有效解决树脂分离难的问题，并可利用全混式接触池工艺替代传统的固定床工艺。这种方法既可以改善树脂脱附、吸附性能，又能够避免处理水量小的难题。同时，接触池工艺操作简便，运行成本低，并能根据树脂处理对象及处理后的标准快速调节，对不同水体的适用性强。

目前报道的多胺树脂材料均为非磁性树脂，即通过树脂上的多胺基团与重金属离子间的螯合作用去除溶液中金属离子。多胺树脂主要应用于金属富集、污水处理、生物化学等领域，其在工业上得到的最大应用是回收水中的重金属离子。遗憾的是，迄今为止，尚无将磁性多胺树脂的制备及用作重金属选择性吸附的报道。

而对于磁性类树脂，国内外均有专利出现。例如，CN101440166B和CN101948554A为磁性离子交换树脂。报道的磁性阳离子和磁性阴离子树脂均具有较好的机械强度和吸附性能，并能快速沉降，在实际生产中已得到广泛应用。两种树脂对水中污染物的去除机理是利用树脂带有的活性官能团与去除物之间的相互作用。例如，阴离子树脂带有季铵盐基团（N⁺(CH₃)₃或者N⁺(CH₂CH₃)₃等），可以很好去除水中阴离子；因阳离子树脂带有的羧基官能团可与金属离子结合，即有效去除水中金属离子。其对单电荷的金属离子吸附效果非常好，但对重金属离子的吸附没有更多的优势。

重金属在实际水体中的过量存在会对自然环境和人体健康造成很大的危害。目前去除重金属离子的树脂多为非磁性丙烯酸系多胺树脂，这种树脂多用于固定床中。在全混式接触池工艺中，如果能够制备出具有对重金属离子具有选择吸附性能、易于分离的树脂，将大大降低运行成本，使操作简单易行。因此，深度开发对重金属离子具有选择性吸附性，同时具有磁性分离性能的微球功能化树脂吸附剂，将具有重要的应用前景和实践意义。

发明内容

本发明的目的之一在于利用成本低廉的原料实现磁性粒子在聚合物中稳定、均匀地分布、合成出具有较高磁性分离性能的选择性丙烯酸系多胺树脂。

本发明另一目的在于提供一种操作简单便于工业化生产的磁性丙烯酸系多胺树脂的制备方法。

实现本发明目的的技术解决方案是：

一种去除重金属离子的磁性丙烯酸系多胺树脂，由丙烯酸系树脂骨架及包裹其中的磁性粒子构成，其中，丙烯酸系树脂骨架的结构式如下：

，R为多胺基团，10≤n≤3000。

上述多胺基团结构如下：

，1≤m≤20，优选的，1≤m≤4。

所述的磁性丙烯酸系多胺树脂的粒径为0.02~0.5mm，优选0.1~0.5mm。

所述的磁性颗粒选自Fe₃O₄、γ-Fe₂O₃或铁镍合金颗粒中任意一种，其粒径为0.01~10μm，优选为0.1~3μm。

所述的磁性丙烯酸系多胺树脂的比饱和磁化强度为5~40emu/g。

制备如上结构的磁性丙烯酸系多胺树脂的方法，包括如下步骤：

（a）配制水相：在水相中加入无机盐和分散剂；

（b）配制油相：油相由反应物、致孔剂、引发剂和磁性颗粒分散剂组成；

（c）在油相中加入磁性颗粒，磁性颗粒的质量与油相的质量比为0.5~5%；

（d）将含有磁性颗粒的油相与水相混合，搅拌速度为100~500rpm，保持温度在50~80℃，反应2~10小时后升温至85~95℃，保温5~20小时，反应结束后，降至室温处理得到树脂微球，经有机溶剂抽提、纯水清洗后得到磁性树脂微球，于50~80℃烘干；