一种星型吸附剂及其制备方法与流程

技术特征：

1.一种吸附剂，其特征在于，所述吸附剂包括具有絮凝作用的金属氢氧化物颗粒和连接于金属氢氧化物颗粒表面的多个接枝物，所述吸附剂呈星型结构，所述星型结构以金属氢氧化物颗粒为中心，所述接枝物包括如式(Ⅰ)所示的结构：

其中，所述m和n均为正整数，且m≥10，0≤y≤0.44m，1≤n≤6，所述R为H、CH₃、C₂H₅、C₃H₇或C₆H₅中的任意一种，所述A选自阳离子型共聚单体、非离子型共聚单体或阴离子型共聚单体中的任意一种或至少两种的组合形成的共聚链段的重复单元。

2.根据权利要求1所述的吸附剂，其特征在于，所述具有絮凝作用的金属氢氧化物颗粒选自氢氧化铝颗粒、氢氧化铁颗粒、氢氧化锌颗粒或氢氧化镁颗粒中的任意一种或至少两种的组合；

优选地，所述m的范围为100-1000；

优选地，所述金属氢氧化物颗粒的粒径为10-500nm，优选为10-200nm；

优选地，所述阳离子型共聚单体选自二甲基二烯丙基氯化铵和/或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；

优选地，所述非离子型共聚单体选自环糊精和/或接枝共聚物淀粉；

优选地，所述阴离子型共聚单体选自丙烯酸和/或烯丙基磺酸钠。

3.根据权利要求1或2所述的吸附剂，其特征在于，所述接枝物与所述金属氢氧化物颗粒的质量之比为100:1-5:1。

4.根据权利要求1-3之一所述的吸附剂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将金属氢氧化物胶体与丙烯酰胺单体和可选地共聚单体混合，之后，加入引发剂，进行聚合反应，再将反应得到的凝胶制成胶液，抽提得到固相，将所述固相干燥得到有机-无机杂化絮凝剂，所述有机-无机杂化絮凝剂包括金属氢氧化物颗粒和多个聚合物分子链，所述多个聚合物分子链连接于金属氢氧化物颗粒表面，所述共聚单体选自阳离子型共聚单体、非离子型共聚单体或阴离子型共聚单体中的任意一种或至少两种的组合；

(2)将有机-无机杂化絮凝剂溶解，调节pH值至4-13，之后将有机-无机杂化絮凝剂、单醛和乙烯胺类化合物进行Mannich反应，乙烯胺类化合物接枝到有机-无机杂化絮凝剂的聚合物分子链上，再与二硫化碳在碱性条件下反应得到所述吸附剂；其中，所述乙烯胺类化合物的分子式为H(NHCH₂CH₂)_nNH₂，n＝1-6，所述单醛的分子式为RCHO，R＝H、CH₃、C₂H₅、C₃H₇或C₆H₅中的任意一种。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述金属氢氧化物胶体通过将铵盐溶液和/或氨水滴加至金属氯化物溶液中，控制滴加速率和搅拌速率得到，所述滴加速率为0.1-3.0mL/min，优选为0.5mL/min，所述搅拌速率为1000-5000rpm，优选为3000rpm；

优选地，所述铵盐和/或氨水与金属氯化物的摩尔比为0.75:1-1.5:1。

6.根据权利要求4或5所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述金属氢氧化物胶体与丙烯酰胺单体的质量比为1:5-1:19；

优选地，步骤(1)所述共聚单体的摩尔量与丙烯酰胺单体的摩尔量之比为(0.004-0.4):1；

优选地，步骤(1)所述阳离子型共聚单体选自二甲基二烯丙基氯化铵和/或甲基丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵；

优选地，步骤(1)所述非离子型共聚单体选自环糊精和/或接枝共聚物淀粉；

优选地，步骤(1)所述阴离子型共聚单体选自丙烯酸和/或烯丙基磺酸钠；

优选地，步骤(1)所述引发剂的加入量为丙烯酰胺单体质量的0.01％-3％；

优选地，步骤(1)所述引发剂属于氧化-还原体系，所述氧化剂为过硫酸铵，所述还原剂为亚硫酸氢钠，所述氧化剂与还原剂的质量比为1.05:1-2:1；

优选地，步骤(1)所述的聚合反应在30-90℃水浴条件下和惰性气氛的密封体系中进行；

优选地，步骤(1)所述聚合反应的时间为3-15h。

7.根据权利要求4-6之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)通过将反应得到的凝胶溶于去离子水中制成胶液；

优选地，步骤(1)所述抽提使用的溶剂为丙酮。

8.根据权利要求4-7之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述Mannich反应具体为：将所述有机-无机杂化絮凝剂与单醛在25-80℃条件下反应0.5-4h，之后加入乙烯胺类化合物继续反应1-4h；

优选地，步骤(2)所述单醛与丙烯酰胺单体的摩尔比为1.05:1-1.3:1；

优选地，步骤(2)所述乙烯胺类化合物与丙烯酰胺单体的摩尔比为0.2:1-1.2:1。

9.根据权利要求4-8之一所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述二硫化碳与乙烯胺类化合物的摩尔比为1.5:1-8:1；

优选地，步骤(2)通过加入强碱得到所述碱性条件，所述强碱优选为氢氧化钠；

优选地，所述加入的强碱与二硫化碳的摩尔比为1.1:1-1.5:1；

优选地，步骤(2)所述与二硫化碳在碱性条件下的反应具体为：将含有接枝后的有机-无机杂化絮凝剂的溶液降温至15-35℃，之后滴加二硫化碳，反应2-6h，再将溶液的温度升高至30-80℃，反应1-6h；

优选地，所述二硫化碳滴加的速度为0.05mL/min-0.5mL/min；

优选地，所述与二硫化碳在碱性条件下的反应还包括将反应产物滴入丙酮中抽提沉析，并将沉淀物干燥。

10.根据权利要求4-9之一所述的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：

(1)将铵盐溶液和/或氨水滴加至金属氯化物溶液中，控制滴加速率和搅拌速率，得到金属氢氧化物胶体；其中，所述滴加速率为0.1-3.0mL/min，所述搅拌速率为1000-5000rpm，铵盐和/或氨水与金属氯化物的摩尔比为0.75:1-1.5:1；

向金属氢氧化物胶体中加入丙烯酰胺单体和可选地共聚单体，在恒温水浴30-90℃条件下通入惰性气体保护，随后滴加引发剂，密封反应体系，进行聚合反应，反应3-15h；其中，金属氢氧化物胶体与丙烯酰胺单体的质量比为1:5-1:19，共聚单体的摩尔量与丙烯酰胺单体的摩尔量之比为(0.004-0.4):1，引发剂的加入量为丙烯酰胺单体质量的0.01％-3％，引发剂属于氧化-还原体系，所述氧化剂为过硫酸铵，所述还原剂为亚硫酸氢钠，所述氧化剂与还原剂的质量比为1.05:1-2:1，所述共聚单体选自阳离子型共聚单体、非离子型共聚单体或阴离子型共聚单体中的任意一种或至少两种的组合；

将聚合反应得到的凝胶溶于去离子水中配成胶液，于丙酮中抽提；

将抽提得到的产物干燥至恒重，研磨后得到有机-无机杂化絮凝剂粉末；

(2)将有机-无机杂化絮凝剂粉末溶解，调节其pH值至4-13，之后加入单醛，单醛与丙烯酰胺的摩尔比为1.05:1-1.3:1，在25-80℃条件下反应0.5-4h，然后加入乙烯胺类化合物反应1-4h，乙烯胺类化合物与丙烯酰胺单体的摩尔比为0.2:1-1.2:1，得乳白色粘稠溶液；将乳白色粘稠溶液降温至15-35℃，加入氢氧化钠，滴加二硫化碳，二硫化碳与乙烯胺类化合物的摩尔比为1.5:1-8:1，氢氧化钠与二硫化碳的摩尔比为1.1:1-1.5:1，反应2-6h，再将温度升高至30-80℃，反应1-6h，将反应产物滴入丙酮中抽提沉析，沉淀物干燥至恒重，得到所述吸附剂。