本發(fā)明屬于吸附材料，具體涉及一種快速吸附多氯聯(lián)苯的磁性多孔碳@環(huán)糊精/環(huán)氧氯丙烷共聚物及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、多氯聯(lián)苯(pcbs)是聯(lián)苯的氯取代物，有209種同系物，具有優(yōu)異的耐酸堿性、耐熱性、電絕緣性等特點(diǎn)，曾被廣泛應(yīng)用于電力工業(yè)、印刷和塑料加工等領(lǐng)域。但因多氯聯(lián)苯具有高毒性、致癌性、持久穩(wěn)定性和生物蓄積性等特點(diǎn)，對人類健康和生態(tài)安全造成嚴(yán)重威脅。因此，對多氯聯(lián)苯的檢測和去除已經(jīng)成為近年來科研工作者的研究熱點(diǎn)。

2、目前，用于去除土壤或廢水中的多氯聯(lián)苯的處理方法包括物理吸附、化學(xué)處理及生物降解等多種方式。其中，物理吸附法因其操作簡便、效率高、經(jīng)濟(jì)實(shí)用等優(yōu)點(diǎn)而備受青睞。吸附法的關(guān)鍵在于吸附劑的選擇。近年來已有很多關(guān)于多氯聯(lián)苯吸附材料的研究報(bào)道，但大部分報(bào)道的吸附材料的存在吸附時(shí)間長、吸附選擇性差、吸附容量低及不可回收利用等問題，難以滿足實(shí)際應(yīng)用要求。針對這些問題，研制出吸附選擇性好、吸附效率高、可重復(fù)利用的新型吸附材料對于治理環(huán)境土壤和廢水中多氯聯(lián)苯具有重要意義。

3、多孔碳具有豐富的孔道結(jié)構(gòu)、大的比表面積、極強(qiáng)的吸附能力和良好的化學(xué)穩(wěn)定性等特性，被廣泛用作去除各種污染物的吸附劑。然而，常規(guī)的多孔碳材料在實(shí)際應(yīng)用過程中存在分離與回收困難、易產(chǎn)生二次污染等不足。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明目的在于提供一種快速吸附多氯聯(lián)苯的磁性多孔碳@環(huán)糊精/環(huán)氧氯丙烷共聚物及其制備方法和應(yīng)用，所得的多氯聯(lián)苯的磁性多孔碳@環(huán)糊精/環(huán)氧氯丙烷共聚物具有吸附速率快、選擇性好、吸附容量高及可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，可用于同時(shí)吸附土壤和水樣中8種多氯聯(lián)苯。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種快速吸附多氯聯(lián)苯的磁性多孔碳@環(huán)糊精/環(huán)氧氯丙烷共聚物的制備方法，包括以下步驟：

4、s1.將不飽和聚酯樹脂經(jīng)過第一煅燒后與氫氧化鉀混合，然后經(jīng)過研磨、第二煅燒得到多孔碳材料；

5、s2.將所述多孔碳材料與雙蒸水混合并進(jìn)行超聲分散，然后加入四水合氯化亞鐵和六水合氯化鐵并攪拌溶解；待溶解后依次進(jìn)行通氮排氧、加熱、調(diào)節(jié)ph、恒溫反應(yīng)、冷卻、固液分離、洗滌得到磁性多孔碳材料；

6、s3.將環(huán)糊精、硼氫化鈉、雙蒸水進(jìn)行第一混合后并加入磁性多孔碳材料進(jìn)行第二混合；然后逐滴加入環(huán)氧氯丙烷并進(jìn)行第一攪拌反應(yīng)；待反應(yīng)結(jié)束后調(diào)節(jié)ph，然后進(jìn)行第二攪拌反應(yīng)；待反應(yīng)結(jié)束后加入石蠟油和司盤/吐溫復(fù)配乳化劑，進(jìn)行第三攪拌反應(yīng)；待反應(yīng)結(jié)束加入水和丙酮的混合溶液，然后經(jīng)過過濾、洗滌、干燥得到磁性多孔碳@環(huán)糊精/環(huán)氧氯丙烷共聚物。

7、在本發(fā)明中通過對多孔碳材料進(jìn)行磁性功能化，可以輕易地將被污染的吸附劑分離出來，從而達(dá)到分離凈化、重復(fù)利用的目的。而且環(huán)糊精的分子結(jié)構(gòu)中存在一個(gè)疏水的內(nèi)腔和一個(gè)親水的外緣，其疏水內(nèi)腔能與有機(jī)污染物通過“主客體”形成包合物，有利于對污染物的有效吸附。但環(huán)糊精易溶于水，這使得吸附了有機(jī)污染物后的所構(gòu)筑的包合物很難從水溶液中回收利用，限制了其應(yīng)用。為了解決環(huán)糊精水溶性問題，本發(fā)明通過將其與有機(jī)交聯(lián)劑聚合形成不溶性聚合物，可從水溶液中吸附去除有機(jī)污染物。

8、作為優(yōu)選，所述s1中煅燒后的不飽和聚酯樹脂與氫氧化鉀的質(zhì)量比為1～10：1～10。

9、作為優(yōu)選，所述s1中第一煅燒溫度為200～400℃，煅燒時(shí)間為1-3h；所述第二煅燒溫度為600～1000℃，煅燒時(shí)間為1-3h。

10、作為優(yōu)選，所述s2中多孔碳材料、雙蒸水、四水合氯化亞鐵、六水合氯化鐵的體積質(zhì)量比為0.2～0.5g：150～500ml：1～8g：5～15g。

11、作為優(yōu)選，所述s2中所述通氮排氧時(shí)間為10-30min。

12、作為優(yōu)選，所述s2中所述加熱溫度為50～90℃。

13、作為優(yōu)選，所述s2中所述調(diào)節(jié)ph值至9～13，ph調(diào)節(jié)劑為25％的氨水。

14、作為優(yōu)選，所述s2中所述所述恒溫反應(yīng)時(shí)間1～15h。

15、作為優(yōu)選，所述s2中所述固液分離采用磁鐵分離。

16、作為優(yōu)選，所述s2中所述洗滌采用雙蒸水洗滌。

17、作為優(yōu)選，所述s3中環(huán)糊精、硼氫化鈉、雙蒸水、磁性多孔碳材料、環(huán)氧氯丙烷、石蠟油、司盤/吐溫復(fù)配乳化劑、水、丙酮的體積質(zhì)量比為：0.5～5g：2～50mg：15-30ml：2-4g：1～10ml：30～80ml：5～40ml：10-20ml：10-20ml。

18、作為優(yōu)選，所述司盤/吐溫復(fù)配乳化劑的體積比為1～10：1～10；所述環(huán)糊精為α-環(huán)糊精、β-環(huán)糊精、γ-環(huán)糊精中的任意一種；所述司盤為司盤-20、司盤-40、司盤-80中的任意一種。

19、作為優(yōu)選，所述s3中第一混合采用水浴加熱至30～50℃以200r/min的攪拌速度將混合液攪拌成槳狀；所述第二混合時(shí)間為10-20min。

20、作為優(yōu)選，所述s3中調(diào)節(jié)ph值至9～13，ph調(diào)節(jié)劑為0.1mol/l的氫氧化鈉溶液。

21、作為優(yōu)選，所述s3中第一攪拌反應(yīng)攪拌時(shí)間為5～30min；第二攪拌反應(yīng)攪拌時(shí)間為5～60min；所述第三攪拌反應(yīng)攪拌時(shí)間為2～36h。

22、第二方面，本發(fā)明提供了一種快速吸附多氯聯(lián)苯的磁性多孔碳@環(huán)糊精/環(huán)氧氯丙烷共聚物，由上述制備方法制備得到。

23、第三方面，本發(fā)明提供了上述磁性多孔碳@環(huán)糊精/環(huán)氧氯丙烷共聚物在吸附多氯聯(lián)苯污染物中的應(yīng)用，所述磁性多孔碳@環(huán)糊精/環(huán)氧氯丙烷共聚物吸附土壤和水樣中的多氯聯(lián)苯。

24、至少含有以下有益技術(shù)效果：

25、(1)本發(fā)明提供的吸附劑具有吸附時(shí)間短、選擇性好、吸附容量高和可循環(huán)再生性，可用于同時(shí)快速吸附土壤和水樣中多種多氯聯(lián)苯。

26、(2)本發(fā)明以形貌均勻的廢棄不飽和聚酯樹脂顆粒為碳源，經(jīng)高溫煅燒結(jié)合氫氧化鉀活化技術(shù)制備出多孔隙、形貌均勻的多孔碳納米顆粒。基于這種多孔碳構(gòu)筑的復(fù)合材料在提高吸附速率方面具有顯著的優(yōu)勢，進(jìn)一步通過一鍋法對多孔碳進(jìn)行磁性功能化，得到磁性多孔碳材料，能實(shí)現(xiàn)快速固液分離，從而達(dá)到重復(fù)利用目的。

27、(3)本發(fā)明環(huán)糊精能與疏水性的多氯聯(lián)苯形成包合物，對多氯聯(lián)苯表現(xiàn)出強(qiáng)的識別性能，有助于提高吸附容量。因此，以環(huán)糊精作為功能單體合成的磁性多孔碳@環(huán)糊精/環(huán)氧氯丙烷共聚物復(fù)合材料對多氯聯(lián)苯具有吸附速率快、選擇性好和可重復(fù)利用等特點(diǎn)。

28、(4)本發(fā)明所述的吸附劑對多種多氯聯(lián)苯具有較好的吸附效果，在5min內(nèi)可達(dá)到吸附平衡，吸附量在80～97μg/g，重復(fù)吸附5次后，吸附容量仍保持在初始值的80％以上，對土壤和水樣中的多氯聯(lián)苯吸附去除率高達(dá)90％以上。

技術(shù)特征：

1.一種快速吸附多氯聯(lián)苯的磁性多孔碳@環(huán)糊精/環(huán)氧氯丙烷共聚物的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述s1中煅燒后的不飽和聚酯樹脂與氫氧化鉀的質(zhì)量比為1～10：1～10。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述s1中第一煅燒溫度為200～400℃，煅燒時(shí)間為1-3h；所述第二煅燒溫度為600～1000℃，煅燒時(shí)間為1-3h。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述s2中多孔碳材料、雙蒸水、四水合氯化亞鐵、六水合氯化鐵的體積質(zhì)量比為0.2～0.5g：150～500ml：1～8g：5～15g。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述s2中所述加熱溫度為50～90℃。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述s2中所述調(diào)節(jié)ph值至9～13，ph調(diào)節(jié)劑為25％氨水。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述s3中環(huán)糊精、硼氫化鈉、雙蒸水、磁性多孔碳材料、環(huán)氧氯丙烷、石蠟油、司盤/吐溫復(fù)配乳化劑、水、丙酮的體積質(zhì)量比為：0.5～5g：2～50mg：15-30ml：2-4g：1～10ml：30～80ml：5～40ml：10-20ml：10-20ml。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述s3中調(diào)節(jié)ph值至6～10，ph調(diào)節(jié)劑為0.1mol/l的氫氧化鈉溶液。

9.一種快速吸附多氯聯(lián)苯的磁性多孔碳@環(huán)糊精/環(huán)氧氯丙烷共聚物，其特征在于，由權(quán)利要求1-9任一項(xiàng)所述的制備方法制備得到。

10.權(quán)利要求9所述的磁性多孔碳@環(huán)糊精/環(huán)氧氯丙烷共聚物在吸附多氯聯(lián)苯污染物中的應(yīng)用，其特征在于，所述磁性多孔碳@環(huán)糊精/環(huán)氧氯丙烷共聚物吸附土壤和水樣中的多氯聯(lián)苯。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種快速吸附多氯聯(lián)苯的磁性多孔碳@環(huán)糊精/環(huán)氧氯丙烷共聚物及其制備方法和應(yīng)用，屬于吸附材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明采用廢棄的不飽和聚酯樹脂為原料，通過高溫活化法和一鍋法制備了磁性多孔碳材料，進(jìn)一步利用乳液聚合法合成了磁性多孔碳@環(huán)糊精/環(huán)氧氯丙烷共聚物復(fù)合材料。本發(fā)明所述的吸附劑對多種多氯聯(lián)苯具有較好的吸附效果，在5min內(nèi)可達(dá)到吸附平衡，吸附量在77.04～98.04μg/g，重復(fù)吸附5次后，吸附容量仍保持在初始值的80％以上，對土壤和水樣中的多氯聯(lián)苯吸附去除率高達(dá)90％以上。該吸附材料是一種在多氯聯(lián)苯處理方面具有潛在應(yīng)用前景的高效、可再生吸附劑。

技術(shù)研發(fā)人員：黃象金
受保護(hù)的技術(shù)使用者：肇慶市食品檢驗(yàn)所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19