[发明专利]一种氨基磺酸型功能化硅胶材料及其在水质净化中的应用

说明书

本发明公开了一种氨基磺酸型功能化硅胶材料及其在水质净化中的应用。本发明使用的氨基磺酸型功能化硅胶材料合成包含以下步骤：1)(CH₃O)₃Si(CH₂)_xS(CH₂)_yCl，x是从2到12的整数，y是从3到12的整数，和多乙烯多胺NH₂(CH₂CH₂NH)_zH，z取值为1‑100，回流反应得到多胺硅烷偶联剂；2)多胺硅烷偶联剂在溶剂体系中与硅胶回流反应得多胺功能化硅胶材料；3)多胺功能化硅胶材料与氯磺酸在溶剂体系中于一定温度反应得氨基磺酸型功能化硅胶材料。本发明中提供的氨基磺酸型功能化硅胶材料负载率高，交换容量大，能将水中的阳离子降低到ppb级别，使用寿命长，能耐受150℃高温长达6个月，且长时间使用不对水质造成任何污染。

技术领域

本发明涉及有机化学技术领域，涉及一种氨基磺酸型功能化硅胶材料、合成及其在水质净化中的应用。

技术背景

目前，在火电、核电、船用核动力装置、超纯水水质净化系统，都采用传统技术混床树脂(H⁺-OH^-型)去除水中的盐类，磺酸型树脂因具有较强的阳离子交换能力而作为混床树脂中的阳树脂被广泛使用。

然而，在水质净化系统实际运行中，阳树脂的许多问题逐步被发觉：1.使用寿命短，一般为6-10个月；2.低分子量骨架物溶出，对水质造成二次污染；3.长期使用腐蚀系统设备；4.耐热性差，105℃分解。究其原因，研究发现，阳树脂使用一段时间以后(5个月左右)，渐渐被氧化，在水流的冲击力下，低分子量聚苯乙烯磺酸(PSS)逐渐溶出，一部分被阴树脂吸附，使阴离子交换性能降低甚至丧失，一部分会泄漏到出水中造成水质有机物污染。从混床树脂层泄露出来的PSS在辐照氧化等条件下会分解产生硫酸根离子还会对系统设备造成一定程度的腐蚀。尽管专用树脂针对这些问题进行了改进，但树脂骨架由于溶胀而导致的结构解体是难以克服的，所以这类树脂的使用温度受到限制，一般低于120℃。如在火电、核电、船用核动力装置水质净化系统中，压水堆二回路水温会达到300℃，鉴于阳树脂的问题，300℃的水温度需降到100℃左右流经阳树脂处理，之后返回回路再加热至300℃，在这个过程中，树脂会发生分解，另外树脂长时间浸泡也会发生分解。

为了克服树脂骨架的问题，无机载体负载磺酸的研究备受关注。目前，已有一些将磺酸基负载到活性炭、二氧化硅的报道。活性炭负载磺酸的制备方法是将有机物在高温或酸性条件下炭化，然后进行磺化，该方法反应条件严苛，过程不易控制，且磺酸负载率低，因此基本不做为阳树脂使用。中国专利CN108435248制备了Fe₃O₄@SiO₂-SH，然后采用双氧水将巯基-SH氧化得到磺酸型二氧化硅，但是巯基的氧化往往不完全，导致磺酸负载率低，交换容量差，限制了其在水质净化系统中作为阳树脂的使用。

综上所述，研制出交换容量高、使用寿命长、高耐热性、不腐蚀设备、无二次污染的水质净化阳离子交换材料，替代现有的水质净化树脂材料，具有重要的意义。

发明内容

本发明所要解决的问题在于针对现有技术的不足,提供一种氨基磺酸型功能化硅胶材料及其在水质净化中的应用。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明第一方面提供一种氨基磺酸型功能化硅胶材料，其化合物的结构式为：