[发明专利]表面由多胺表达的多孔吸附剂及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种表面由多胺表达的多孔吸附剂及其制备方法和应用，通过将结晶性聚醚二醇、非结晶性二醇、多异氰酸酯和PEI树状两亲体溶于非极性有机溶剂构成油相，搅拌条件下将相当于油相体积3.5～5倍的水逐滴加入，形成油包水型浓乳液，将浓乳液静置孵化成弹性多孔材料，用乙醇洗涤后烘干，得到所述的表面由多胺表达的多孔吸附剂，与现有技术相比，本发明的吸附剂可以清除水中各种阴离子染料、阴离子性表面活性剂、芳烃和重金属离子，由于其吸附原理主要基于部分质子化的脂肪多胺与客体间的静电作用，因此在酸碱调节下可去吸附以便重复使用。

技术领域

本发明属于吸附功能材料和水净化领域，涉及一种表面结构化的多孔吸附材料及其制备方法和应用，具体涉及一种表面由多胺表达的多孔吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术

水污染是全球性的挑战。全球性的工业化、城市化和人口增长正在加剧这一紧张趋势。由于土壤等的迟滞作用，水污染同时体现区域性和全球性特点。采矿和冶炼业使许多原本在岩石圈的元素进入生态循环圈；化学工业生产更多种类的有毒有害物及其中间体；医药、卫生、杀菌业的发展产生了可观的水污染物。开发水净化技术势在必行，特别是能处理微量痕量污染物的水处理技术。

水污染直接导致饮用水的质量下降。现在，水污染物的种类非常繁多，化工品、药物、抗生素、激素、染料、金属、洗涤剂、芳香烃、杀菌剂等。要同时全面消除这些污染物还存在技术欠缺、成本高昂、检测困难等。要完成一个水样的完全检测，至少需要150多项检测，需要多种仪器的配置与运行，仅检测成本就非常可观。水污染物间的相互作用也使水处理变得困难重重。例如家庭厨卫洗涤产生含大量含表面活性剂的水，表面活性剂使水体富营养化，并可增溶油性毒物如芳烃、多氯联苯等。再如，当使用氧化法或还原法处理水时，许多无毒物质可能被转化成有毒物。

水污染导致食品质量下降，许多污染传递要经过水这一环节。例如用于杀菌的多氯联苯容易通过水草、微生物、浮游物传递给鱼、虾、蟹等，进而传递给人类。这类难代谢物有良好的生物富集性，在鱼和水鸟体内高度富集，其浓度可以达到水中数万倍甚至数十万倍。这种强烈致癌物尤其容易在脂肪组织中富集。事实上，无论动物源食品还是植物源食品，都可能浓缩水中和土壤中有毒物。大量的海洋食品中也发现了人工有毒物。污染面前没有人能幸免，因为人处于食物链顶端。

虽然人们已经开发了各种水处理技术，但主要对高浓度污染物的降低有效，针对微量痕量污染物的技术还非常有限。氧化法、还原法、生物法、絮凝法等对微量痕量污染物都几乎无效。但是，微量痕量污染物等通过生物累积和食物链传递又可能在人体达到相当高的含量，且难以快速代谢。常规的宏观吸附剂难以清除微量污染物，这是因为一般大块吸附剂的表面缺乏精细的超分子化学结构，对污染物的作用强度不够，因此难以清除微量痕量污染物。许多纳米材料虽然具有精细的物化结构，能高效捕捉污染物，但是因尺寸太小很难从水中分离出来。目前还缺乏这样的水处理吸附材料：既具有微观精细裁制的表面结构又具有宏观尺寸。最近，陶金等在粉末状介孔二氧化硅上接上超支化聚乙撑亚胺(PEI)，可以吸附水中重金属和有机染料(CN104437437A)。万德成等发现，如果在PEI上引入一薄层亲油链，则PEI与染料的结合强度可以提高十万倍(Chin.J.Polym.Sci.,34,59,2016)，而PEI的支化结构也有拓扑效应，即PEI基吸附剂与客体的作用强度与线性对应物基吸附剂相比可增强50 倍(J Polym Sci.Part A:Polym Chem.,DOI:10.1002/pola.28455)。基于这些背景，成功利用基于PEI的树状两亲体修饰具有宏观尺寸的大孔材料表面，所得材料可以高效清除水中多种微量污染物，例如染料的残留浓度能降低到数个至数十个ppb,芳烃的浓度降低到0.5ppb左右(CN103157444B)。总的来说，具有宏观尺寸的多孔材料表面还难于精细结构化，而且具有高表面积的多孔材料机械性能往往都较弱，这限制了大孔材料的应用。