一种聚氨酯海绵吸附材料的制备方法和应用

本发明涉及聚氨酯海绵，具体为一种聚氨酯海绵吸附材料的制备方法和应用。

背景技术：

1、铅、铜等金属离子及其化合物广泛存在于采矿业、冶炼业等工业排放的废水中，这件金属毒性很大，在生态环境中不会降解，并且对水生动植物、人体健康安全有很大危害，因此需要对含铅等金属废水进行有效处理。传统的方法主要有膜交换法、化学沉淀法、吸附法等。而吸附法由于具有成本低、操作简便、不易造成二次污染等优点。

2、聚氨酯海绵具有大量的孔道结构，吸水率很高，在废水处理领域应用十分广泛，专利cn111167421b公开了将聚多巴胺改性聚氨酯海绵，浸渍在聚乙二醇二环氧乙烷甲基醚改性氧化石墨烯和乙二胺改性氧化石墨烯溶液中进行组装，负载石墨烯的聚氨酯海绵吸附材料，在水污染治理领域具有广阔的应用前景。

3、聚吡咯及其共聚物是一种杂环共轭型导电高分子，含有化学的亚氨基等官能团，对金属离子具有良好的络合作用，在废水处理领域具有广阔的应用前景。因此将聚吡咯及其共聚物负载到聚氨酯海绵中，得到高性能的吸附材料，应用于铅等金属废水处理中。

技术实现思路

1、解决的技术问题：制备了一种对金属离子等污染物具有高吸附性能的聚氨酯海绵吸附材料。

2、技术方案：

3、一种聚氨酯海绵吸附材料的制备方法，包括以下步骤：按重量份数计，将100份吡咯基亲水性聚氨酯海绵浸泡到蒸馏水中，加入15-100份吡咯，3-50份3-吡咯-2-羟基丙磺酸钠，搅拌均匀，然后在冰水浴下加入盐酸溶液，搅拌均匀，滴加含有13-80份三氯化铁的水溶液，0-5℃中搅拌反应3-6h，取出海绵，依次用水，乙醇洗涤，干燥，得到聚氨酯海绵吸附材料。

4、进一步的，盐酸溶液的质量分数为20-37％。

5、进一步的，吡咯基亲水性聚氨酯海绵的制备方法包括以下步骤：

6、s1、向蒸馏水中加入100份马来酸酐接枝聚乙烯醇，加热回流搅拌溶解，冷却至40-55℃，加入12-30份氢氧化钠、30-80份2-(1h-吡咯-1-基)乙胺、助溶剂，搅拌反应6-12h，冷却，将溶液倒入甲醇中析出沉淀，过滤，乙醇洗涤，得到吡咯基聚乙烯醇。反应机理如下：

7、

8、s2、将干燥脱水的聚乙二醇与甲苯二异氰酸酯按照n(oh):n(nco)＝1:(2-2.4)的比例混合均匀，氮气气氛中60-70℃反应2-3h，得到聚氨酯预聚体；

9、s3、向蒸馏水中加入0.4-0.6份辛酸亚锡、1.2-2份有机硅泡沫稳定剂，混合均匀得到发泡剂溶液；然后将发泡剂溶液、100份聚氨酯预聚体、2-5份吡咯基聚乙烯醇加入到模具中混合混匀进行发泡、然后熟化，得到吡咯基亲水性聚氨酯海绵。

10、进一步的，s1中助溶剂为乙醇、丙酮或四氢呋喃。

11、进一步的，熟化的温度为20-40℃，时间为24-48h。

12、进一步的，3-吡咯-2-羟基丙磺酸钠的制备方法为：向四氢呋喃中加入100份吡咯、420-660份3-氯-2-羟基丙磺酸钠和60-90份氢氧化钠，50-75℃搅拌反应4-10h，加入盐酸体积ph至6，减压浓缩，饱和碳酸氢钠溶液洗涤产物，然后置于乙醇水溶液中重结晶，得到3-吡咯-2-羟基丙磺酸钠。制备反应式：

13、

14、本发明产生的技术效果是：本发明利用2-(1h-吡咯-1-基)乙胺与马来酸酐接枝聚乙烯醇进行迈克尔加成反应，得到吡咯基聚乙烯醇，然后与聚氨酯预聚体进行扩链、发泡，在聚氨酯海绵中引入吡咯基团和亲水性羧基，得到吡咯基亲水性聚氨酯海绵。

15、本发明以吡咯基亲水性聚氨酯海绵中的吡咯基团作为聚合位点，使吡咯、3-吡咯-2-羟基丙磺酸钠在吡咯基亲水性聚氨酯海绵表面进行原位接枝聚合，实现了将磺酸聚吡咯化学键合在聚氨酯海绵中，经过洗涤和水浸泡，磺酸聚吡咯不会从聚氨酯海绵中脱落，最终在聚氨酯海绵吸附材料表面接枝了亲水性羧基，以及含有亲水性磺酸基团的聚吡咯。提高了聚氨酯海绵吸附材料的亲水性和吸水率。

16、本发明的聚氨酯海绵吸附材料同时含有羧基，以及含有磺酸基团的聚吡咯，可以与pb2+形成配位作用和静电吸附作用，显著提高了聚氨酯海绵吸附材料对pb2+的去除率。吸附材料的用量少，并且在短时间内对pb2+的吸附平衡，去除率高，可以很好的应用于含铅等金属废水处理中。

技术特征：

1.一种聚氨酯海绵吸附材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：按重量份数计，将100份吡咯基亲水性聚氨酯海绵浸泡到蒸馏水中，加入15-100份吡咯，3-50份3-吡咯-2-羟基丙磺酸钠，搅拌均匀，然后在冰水浴下加入盐酸溶液，搅拌均匀，滴加含有13-80份三氯化铁的水溶液，搅拌反应，取出海绵，依次用水，乙醇洗涤，干燥，得到聚氨酯海绵吸附材料。

2.根据权利要求1所述的聚氨酯海绵吸附材料的制备方法，其特征在于，所述盐酸溶液的质量分数为20-37％。

3.根据权利要求1所述的聚氨酯海绵吸附材料的制备方法，其特征在于，所述反应温度为0-5℃，反应的时间为3-6h。

4.根据权利要求1所述的聚氨酯海绵吸附材料的制备方法，其特征在于，所述吡咯基亲水性聚氨酯海绵的制备方法包括以下步骤：

5.根据权利要求4所述的聚氨酯海绵吸附材料的制备方法，其特征在于，所述s1中助溶剂为乙醇、丙酮或四氢呋喃。

6.根据权利要求4所述的聚氨酯海绵吸附材料的制备方法，其特征在于，所述熟化的温度为20-40℃，时间为24-48h。

7.根据权利要求1所述的聚氨酯海绵吸附材料的制备方法，其特征在于，所述3-吡咯-2-羟基丙磺酸钠的制备方法为：向四氢呋喃中加入100份吡咯、420-660份3-氯-2-羟基丙磺酸钠和60-90份氢氧化钠，搅拌反应，加入盐酸体积ph至6，减压浓缩，饱和碳酸氢钠溶液洗涤产物，然后置于乙醇水溶液中重结晶，得到3-吡咯-2-羟基丙磺酸钠。

8.根据权利要求7所述的聚氨酯海绵吸附材料的制备方法，其特征在于，所述反应温度为50-75℃，时间为4-10h。

技术总结
本发明涉及聚氨酯海绵技术领域，且公开了一种聚氨酯海绵吸附材料的制备方法和应用，本发明以吡咯基亲水性聚氨酯海绵中的吡咯基团作为聚合位点，使吡咯、3‑吡咯‑2‑羟基丙磺酸钠在吡咯基亲水性聚氨酯海绵表面进行原位接枝聚合，实现了将磺酸聚吡咯化学键合在聚氨酯海绵中，提高了聚氨酯海绵吸附材料的亲水性和吸水率。聚氨酯海绵吸附材料同时含有羧基，以及含有磺酸基团的聚吡咯，可以与Pb2+形成配位作用和静电吸附作用，显著提高了聚氨酯海绵吸附材料对Pb2+的去除率。吸附材料的用量少，并且在短时间内对Pb2+的吸附平衡，去除率高，可以很好的应用于含铅等金属废水处理中。

技术研发人员：张培育,田希良
受保护的技术使用者：山东大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/6