一种含辣素功能结构聚合物吸附剂及其制备方法和应用

本发明涉及重金属吸附材料，尤其涉及一种含辣素功能结构聚合物吸附剂及其制备方法和应用。

背景技术：

1、目前，随着电镀、炼油、纸浆生产、油漆和颜料以及木材防腐剂等工业活动的广泛进行，环境污染逐渐加重，其中重金属污染的持久性与毒害性尤为严重。与大多数可生物降解的有机污染物不同，重金属可以在环境中不断积累并通过食物链进行辐射性扩散。铬(vi)对人类健康构成重大潜在威胁，铬(vi)是一种高流动性、高水溶性的强氧化剂。在活性生物体中，它可以很容易地穿透细胞膜，改变细胞结构，导致生理缺陷和生殖能力下降。因此，对铬(vi)进行绿色处理已迫在眉睫。到目前为止，各种去除策略已经日益成熟，包括混凝和絮凝、电化学处理、膜分离、离子交换、微生物去除和吸附等。其中，吸附法因其简单、快速、生物相容性好、选择性高、易回收分离、易再生而备受青睐。然而，吸附剂的后续回收以及二次污染等问题一直是吸附剂开发和改性的核心问题。传统的吸收剂存在吸附效果差，成本高，操作复杂以及循环利用性差等诸多问题。因此，寻找高效、环保、易于物理分离回收的新型吸附材料去除废水中的重金属具有重要意义。

2、近年来，辣椒素、海藻酸钠、壳聚糖和纤维素等生物质材料因其开发资源丰富、生物相容性强、污染物去除率高、环境友好等优势被广泛用作废水处理的新型吸附材料。辣椒素是从红辣椒里面提取出来的一种活性成分，本身具有良好的杀菌消毒作用，在制药方面有着广泛应用，并且已经开发出许多衍生结构。辣椒素衍生物通常具有众多的官能团，其中氨基、酚羟基和酮基的结构不仅可以与金属离子基团发生强烈的物理和化学作用，还赋予其较强的功能调节特性。辣椒素衍生单体可以与多种物质聚合，从而扩大产品的功能范围。但是含辣素功能结构聚合物的疏水性很强，这从某些方面极大的限制了其在吸附方面的应用。因此，提供一种含辣素功能结构聚合物吸附剂及其制备方法，将其用于去除废水中的六价铬离子并且实现吸附剂的循环利用具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种含辣素功能结构聚合物吸附剂及其制备方法和应用，以解决现有技术中含辣素功能结构聚合物疏水性强，无法作为吸附剂进行应用的问题。

2、为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

3、本发明提供了一种含辣素功能结构聚合物吸附剂，所述含辣素功能结构聚合物吸附剂的结构如式(ⅰ)所示：

4、

5、其中，r1为h或ch2nhcoch＝ch2；r2为h、cooh、cooch2、cooch2ch2ch3或cooch2ch3；r3为cooh、conh2、m为20～95的任一整数；n为20～80的任一整数。

6、本发明还提供一种上述含辣素功能结构聚合物吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

7、(1)将含辣素功能结构丙烯酰胺衍生物、共混单体和n,n-二甲基甲酰胺混合，得到单体混合物溶液；

8、(2)将引发剂加入到单体混合物溶液中进行聚合反应，得到含辣素功能结构聚合物吸附剂。

9、作为优选，所述步骤(1)中，含辣素功能结构丙烯酰胺衍生物包含n-(2,3,4-三羟基-5-丙烯酰胺甲基苄基)丙烯酰胺、n-(2,3,4-三羟基-5-丙烯酰胺-6-羧基苄基)丙烯酰胺、n-(2,3,4-三羟基-6-甲酸甲酯苄基)丙烯酰胺、n-(2,3,4-三羟基-6-甲酸丙酯苄基)丙烯酰胺或n-(2,3,4-三羟基-6-甲酸乙酯苄基)丙烯酰胺。

10、作为优选，所述步骤(1)中，共混单体包含1-乙烯基-2-吡咯烷酮、丙烯酸、丙烯酰胺或4-丙烯酰吗啉。

11、作为优选，所述步骤(1)中，含辣素功能结构丙烯酰胺衍生物和共混单体的摩尔比为1～7：4～10；所述单体混合物溶液中含辣素功能结构丙烯酰胺衍生物和共混单体的总浓度为0.2～0.6mol/l。

12、作为优选，所述步骤(2)中，引发剂为偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二异丙基咪唑啉、偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈。

13、作为优选，所述步骤(2)中，引发剂的摩尔量为含辣素功能结构丙烯酰胺衍生物和共混单体总摩尔量的0.5～1.5％。

14、作为优选，所述步骤(2)中，在单体混合物溶液中加入引发剂后首先通入氮气10～25min，再进行聚合反应。

15、作为优选，所述步骤(2)中，聚合反应的温度为65～85℃，聚合反应的时间为10～30h。

16、本发明提供一种上述含辣素功能结构聚合物吸附剂在吸附废水中cr(ⅵ)方面的应用。

17、本发明的有益效果：

18、(1)本发明将共混单体与含辣素功能结构丙烯酰胺衍生物进行共聚，得到的含辣素功能结构聚合物吸附剂，具有更多的吸附活性位点，提高了辣素衍生物的吸附性能和吸附率，在ph＝2时对六价铬的吸附量可达370.59mg/g。

19、(2)本发明的含辣素功能结构聚合物吸附剂解吸后能够保持结构稳定性，具有一定的可循环再生性，在重金属离子吸附方面具有广阔的应用前景。

技术特征：

1.一种含辣素功能结构聚合物吸附剂，其特征在于，所述含辣素功能结构聚合物吸附剂的结构如式(ⅰ)所示：

2.权利要求1所述的含辣素功能结构聚合物吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，含辣素功能结构丙烯酰胺衍生物包含n-(2,3,4-三羟基-5-丙烯酰胺甲基苄基)丙烯酰胺、n-(2,3,4-三羟基-5-丙烯酰胺-6-羧基苄基)丙烯酰胺、n-(2,3,4-三羟基-6-甲酸甲酯苄基)丙烯酰胺、n-(2,3,4-三羟基-6-甲酸丙酯苄基)丙烯酰胺或n-(2,3,4-三羟基-6-甲酸乙酯苄基)丙烯酰胺。

4.根据权利要求2或3所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，共混单体包含1-乙烯基-2-吡咯烷酮、丙烯酸、丙烯酰胺或4-丙烯酰吗啉。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，含辣素功能结构丙烯酰胺衍生物和共混单体的摩尔比为1～7：4～10；所述单体混合物溶液中含辣素功能结构丙烯酰胺衍生物和共混单体的总浓度为0.2～0.6mol/l。

6.根据权利要求3或5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，引发剂为偶氮二异丁咪唑啉盐酸盐、偶氮二异丙基咪唑啉、偶氮二异丁基脒盐酸盐、偶氮二异丁腈或偶氮二异庚腈。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，引发剂的摩尔量为含辣素功能结构丙烯酰胺衍生物和共混单体总摩尔量的0.5～1.5％。

8.根据权利要求3或5或7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，在单体混合物溶液中加入引发剂后首先通入氮气10～25min，再进行聚合反应。

9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，聚合反应的温度为65～85℃，聚合反应的时间为10～30h。

10.权利要求1所述的含辣素功能结构聚合物吸附剂在吸附废水中cr(ⅵ)方面的应用。

技术总结
本发明提供了一种含辣素功能结构聚合物吸附剂及其制备方法和应用，属于重金属吸附材料技术领域。本发明将含辣素功能结构丙烯酰胺衍生物、共混单体和N,N‑二甲基甲酰胺混合，得到单体混合物溶液；将引发剂加入到单体混合物溶液中进行聚合反应，得到含辣素功能结构聚合物吸附剂。本发明的含辣素功能结构聚合物吸附剂，具有更多的吸附活性位点，提高了辣素衍生物的吸附性能和吸附率，并且具有一定的可循环再生性，在重金属离子吸附方面具有广阔的应用前景。

技术研发人员：于良民,姜晓辉,闫雪峰,李霞,李昌诚,张志明
受保护的技术使用者：中国海洋大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11