[发明专利]一种表面接枝β-环糊精的聚苯乙烯纤维吸附材料、制备及其应用

说明书

本发明涉及一种表面接枝β‑环糊精的聚苯乙烯纤维吸附材料、制备及其应用，属于环境新功能吸附材料领域。所述材料以聚苯乙烯纤维为载体，聚苯乙烯纤维表面为一层聚多巴胺纳米颗粒，β‑环糊精通过酰胺键接枝在多巴胺纳米颗粒上。所述方法首先利用静电纺丝制备聚苯乙烯纤维材料，随后通过多巴胺在聚苯乙烯纤维材料表面发生原位自聚合，使得聚苯乙烯纤维材料表面富含大量的活性氨基基团，化学交联则发生在羧基化β‑环糊精与聚苯乙烯纤维材料表面的聚多巴胺之间，通过形成酰胺键使得β‑环糊精键合在电纺聚苯乙烯纤维材料上。所述材料中β‑环糊精位于聚苯乙烯纤维的表面，β‑环糊精的空腔结构保留完整，有效提高了材料对酚酞的吸附性能。

技术领域

本发明涉及一种表面接枝β-环糊精的聚苯乙烯纤维吸附材料、制备及其应用，属于环境新功能吸附材料领域。

背景技术

随着工业和城镇化的迅猛发展，环境污染问题日益严重，其中酚酞作为工业原料及中间体被广泛用作医药、染料、杀虫剂、防腐剂和交通运输等领域，但由于其具有高毒性、难降解性和化学性质稳定等特点，若不及时对所排废水中的酚酞进行有效处理，将对人类健康及生态环境带来巨大的负面影响。目前，常见对酚酞的处理方法有：吸附法、生物转化法及化学氧化法。其中吸附法由于其成本低、吸附效率高、再生性好、操作简单等优点被广泛应用于废水处理领域。

β-环糊精由于特殊的“外亲水，内疏水”的空腔结构及价格低廉、无毒、可降解等特点在污水处理领域得到广大研究学者关注。目前研究学者多采用物理掺杂β-环糊精交联制备吸附材料，但由于物理掺杂阻塞了β-环糊精特有的空腔结构，不利于与有机小分子发生络合，从而限制了其作为吸附材料的应用；因此，如何制备结构稳定、吸附高效的吸附材料是当前急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种表面接枝β-环糊精的聚苯乙烯纤维吸附材料，所述材料中β-环糊精位于聚苯乙烯纤维的表面，β-环糊精的空腔结构保留完整，有效提高了材料的吸附性能。

本发明的目的之二在于提供一种表面接枝β-环糊精的聚苯乙烯纤维吸附材料的制备方法，所述方法涉及了静电纺丝、原位聚合和化学交联三种方法的复合使用。首先利用静电纺丝技术制备具有高比表面积的聚苯乙烯纤维材料，随后通过多巴胺在聚苯乙烯纤维材料表面发生原位自聚合，使得聚苯乙烯纤维材料表面富含大量的活性氨基基团，化学交联则发生在羧基化β-环糊精与聚苯乙烯纤维材料表面的聚多巴胺之间，通过形成酰胺键使得β-环糊精键合在电纺聚苯乙烯纤维材料上，从而构筑具有高吸附性能的材料。

本发明的目的之三在于提供一种表面接枝β-环糊精的聚苯乙烯纤维吸附材料的应用，所述材料能够快速、有效吸附并分离溶液中的酚酞。

一种表面接枝β-环糊精的聚苯乙烯纤维吸附材料，所述材料以聚苯乙烯纤维为载体，聚苯乙烯纤维表面为一层聚多巴胺纳米颗粒，β-环糊精通过酰胺键接枝在多巴胺纳米颗粒上。

一种表面接枝β-环糊精的聚苯乙烯纤维吸附材料的制备方法，所述方法步骤如下：

(1)采用静电纺丝技术制备具有高比表面积的聚苯乙烯纤维；

(2)将聚苯乙烯纤维浸入到多巴胺溶液中4～48h，通过多巴胺的自聚合得到表面具有聚多巴胺纳米颗粒的氨基化聚苯乙烯纤维；

(3)将β-环糊精与丁二酸酐混合后溶于N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中，加入催化剂三乙胺，40～100℃下反应8～24h后，加入沉淀剂至沉淀完全，得到的沉淀过滤、洗涤、干燥后，得到羧甲基化β-环糊精；其中，β-环糊精、丁二酸酐和三乙胺的摩尔比为1:1:1～1:3:1；

(4)将羧甲基化β-环糊精与步骤(2)中氨基化聚苯乙烯纤维发生酰胺化反应，常温反应4～48h，使β-环糊精通过化学键接枝电纺纤维表面，从而实现聚苯乙烯纤维的表面功能化，得到一种表面化学接枝β-环糊精的聚苯乙烯纤维吸附材料。