一种三维阳离子聚合物及其制备方法和应用

本发明涉及吸附剂，尤其涉及一种三维阳离子聚合物及其制备方法和应用。

背景技术：

1、核能具有超高的能量密度，能够满足人类日益增长的能源需求。然而核裂变过程中会产生大量放射性同位素污染物，如放射性核素锝-99(99tc)，其主要以tco4-的形式出现。tco4-具有高溶解度、高环境流动性和难络合性，在放射性废物处理过程中难以固定化，易在地下水中迁移扩散，对地下水造成污染。目前亟需去除污染水中的tco4-。考虑到一般实验室处置99tco4-的辐射风险，具有相似性质的reo4-通常用作99tco4-的非放射性替代品进行研究。

2、阳离子聚合物网络(cpns)是一类新型的带正电单元材料，由于具有孔隙率高、孔结构可调、稳定性好等优点，广泛用作reo4-的吸附剂。目前，已经开发了一系列咪唑盐基cpn用于去除高铼酸根离子。但是，研究发现阳离子咪唑盐基单元很容易被oh-破坏，然而核废料通常是强碱性的，因而无法满足实际应用的需要。

技术实现思路

1、针对以上问题，本发明的目的在于提供一种三维阳离子聚合物及其制备方法和应用，本发明提供的三维阳离子聚合物的互穿骨架上具有高密度吡啶鎓盐单元和大量疏水性烷基，能够保证在强碱条件下仍可高效去除溶液中的高铼酸根离子。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种三维阳离子聚合物，所述三维阳离子聚合物由四(4-(溴甲基)苯基)甲烷和2,2′,6,6′-四甲基-4,4′-联吡啶聚合而成，所述三维阳离子聚合物的化学结构式见式i。

4、本发明还提供了上述技术方案所述三维阳离子聚合物的制备方法，包括以下步骤：

5、(1)将四(4-(溴甲基)苯基)甲烷、2,2′,6,6′-四甲基-4,4′-联吡啶和1-甲基-2-吡咯烷酮混合后进行脱气处理，得到待反应溶液；

6、(2)将所述待反应溶液进行menschutkin反应，得到三维阳离子聚合物。

7、优选的，所述四(4-(溴甲基)苯基)甲烷和2,2′,6,6′-四甲基-4,4′-联吡啶的摩尔比为1:(1.8～2.2)。

8、优选的，所述脱气处理为冷冻-抽真空-解冻循环脱气；所述冷冻为液氮冷冻；所述冷冻-抽真空-解冻循环脱气的循环次数为3～5次。

9、优选的，所述脱气处理在火焰密封条件下进行。

10、优选的，所述menschutkin反应的温度为100～150℃，时间为5～10d。

11、本发明还提供了上述技术方案所述的三维阳离子聚合物作为吸附剂的应用。

12、本发明还提供了一种去除高铼酸根离子的方法，包括以下步骤：

13、将上述方案所述的三维阳离子聚合物加入至含有高铼酸根离子的溶液中进行吸附。

14、优选的，所述含有高铼酸根离子的溶液的初始ph值为2～12；所述含有高铼酸根离子的溶液中高铼酸根离子的浓度为1～1000mg/l；所述三维阳离子聚合物的质量与含有高铼酸根离子的溶液的体积比为0.1～1.0g/l。

15、本发明提供了一种三维阳离子聚合物，所述三维阳离子聚合物由四(4-(溴甲基)苯基)甲烷和2,2′,6,6′-四甲基-4,4′-联吡啶聚合而成，所述三维阳离子聚合物的化学结构式具体见式ⅰ。本发明以四(4-(溴甲基)苯基)甲烷(tbpm)与2,2′,6,6′-四甲基-4,4′-联吡啶(tmp)作为反应单体，通过menschutkin反应，制备得到了三维阳离子聚合物(tmp-tbpm)。本发明提供的三维阳离子聚合物的互穿骨架上具有高密度吡啶鎓盐单元和大量疏水性烷基，一方面提高材料对高铼酸根离子的吸附动力和吸附选择性，从而实现对水中高铼酸根离子的高选择性、超快去除，一方面保证tmp-tbpm在强酸或强碱条件下仍然可通过离子交换机制实现高铼酸根离子的快速、高选择性去除。

16、本发明还提供了所述三维阳离子聚合物的制备方法，该方法工艺简单、环境友好。

技术特征：

1.一种三维阳离子聚合物，其特征在于，所述三维阳离子聚合物由四(4-(溴甲基)苯基)甲烷和2,2′,6,6′-四甲基-4,4′-联吡啶聚合而成，所述三维阳离子聚合物的化学结构式如式i所示：

2.权利要求1所述三维阳离子聚合物的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述四(4-(溴甲基)苯基)甲烷和2,2′,6,6′-四甲基-4,4′-联吡啶的摩尔比为1:(1.8～2.2)。

4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述脱气处理为冷冻-抽真空-解冻循环脱气；所述冷冻为液氮冷冻；所述冷冻-抽真空-解冻循环脱气的循环次数为3～5次。

5.根据权利要求2或4所述的制备方法，其特征在于，所述脱气处理在火焰密封条件下进行。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述menschutkin反应的温度为100～150℃，时间为5～10d。

7.权利要求1所述三维阳离子聚合物或权利要求2～6任一项所述制备方法制备得到的三维阳离子聚合物作为吸附剂的应用。

8.一种去除高铼酸根离子的方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述含有高铼酸根离子的溶液的初始ph值为2～12；所述含有高铼酸根离子的溶液中高铼酸根离子的浓度为1～1000mg/l；所述三维阳离子聚合物的质量与含有高铼酸根离子的溶液的体积比为0.1～1.0g/l。

技术总结
本发明涉及吸附剂技术领域，提供了一种三维阳离子聚合物及其制备方法和应用。本发明提供的三维阳离子聚合物由四(4‑(溴甲基)苯基)甲烷和2,2′,6,6′‑四甲基‑4,4′‑联吡啶聚合而成。本发明通过Menschutkin反应，制备得到三维阳离子聚合物，其互穿骨架上具有高密度吡啶鎓盐单元和大量疏水性烷基，一方面提高材料对高铼酸根离子的吸附动力和吸附选择性，从而实现对水中高铼酸根离子的高选择性、超快去除，一方面保证TMP‑TBPM在强酸或强碱条件下仍然可通过离子交换机制实现高铼酸根离子的快速、高选择性去除。本发明提供的三维阳离子聚合物的制备方法工艺简单、环境友好。

技术研发人员：崔伟荣,徐微,汪秀,李亿保
受保护的技术使用者：赣南师范大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13