CN109126743A - 一种聚氨酯泡沫吸附材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种聚氨酯泡沫吸附材料的制备方法，采用溶液反应法将聚乙烯亚胺修饰到泡沫表面，然后加入戊二醛作为交联剂，制备出了聚乙烯亚胺功能化的聚氨酯泡沫吸附材料，可用于吸附分离污水中的重金属离子和染料。本发明制备方法简单，降低了吸附材料的成本，既解决了废弃聚氨酯泡沫的回收利用问题，又为废水处理提供了一种新型高效低成本的吸附材料。

Description

一种聚氨酯泡沫吸附材料的制备方法
技术领域
本发明涉及环境功能材料领域，具体涉及一种对水中重金属离子和有机染料等污染物具有吸附分离作用的聚氨酯泡沫材料的制备方法。
背景技术
随着我国工农业的快速发展，金属电镀、采矿、造纸、纺织等行业将大量含重金属离子、有机染料的工业废水排放到江河湖泊中，水污染问题日趋严重。水污染不仅破坏了宝贵的水资源，影响工农业生产，还严重危害人类和其它动植物的生命安全。因此废水处理具有十分重要的意义，针对这些污染物，目前常用的处理方法主要有膜分离、化学降解、光催化和吸附分离法等，其中吸附法因其简单、高效、易于操作、适用范围广而成为去除/回收水体污染物最有效的方法之一。
聚氨酯泡沫（PUF）为热固性塑料，难以回收利用，但它具有孔隙度高、比表面积大、稳定性高等特点，其分子中含有羰基、亚胺基等极性基团，可以通过范德华力或氢键实现对金属离子、有机染料等的有效吸附，是一种具有应用潜力的吸附分离材料。与活性炭、硅胶等粉末材料相比，其最大的优势是其成本较低，吸附操作简便。ZL201510015625.X将聚氨酯硬泡粉碎、除杂、过筛、碱解得到吸附分离材料，对刚果红表现出较好的吸附效果。然而其所采用的聚氨酯硬泡大多是闭孔结构，需要进行粉碎，吸附操作不方便，另外聚氨酯泡沫（PUF）本身活性基团含量较少，需要进行碱解释放出活性基团。
支化聚乙烯亚胺（PEI）分子链上含有大量的伯氨、仲胺和叔胺基，对金属离子和染料具有较高的吸附容量和吸附选择性，PEI可与金属离子发生螯合配位作用，在不同酸度条件下可与阳离子或阴离子染色剂发生静电相互作用。但PEI在水相中以游离态形式存在，作为吸附剂操作困难、不易分离回收、易流失。
目前，将PEI修饰到聚氨酯泡沫表面制备PEI功能化的聚氨酯泡沫（PUF-PEI）作为吸附分离材料还鲜见研究报道， PUF-PEI吸附材料结合了PUF和PEI各自的优点，可用于处理含重金属离子和有机染料的废水，使废弃聚氨酯泡沫重新利用，又有利于解决环保难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种聚氨酯泡沫吸附材料的制备方法，既能解决聚氨酯泡沫难以回收利用问题，又为废水处理提供了一种新型高效低成本的吸附材料。
本发明通过常温下的溶液反应将PEI修饰到聚氨酯泡沫表面制备出PEI功能化聚氨酯泡沫吸附材料，用于吸附分离水中的重金属离子和有机染料；本发明工艺简单、反应条件温和、成本低，既实现废旧聚氨酯泡沫的资源化利用，又有利于环保。所制备的吸附分离材料可应用于废水处理、纯化分离等领域。
本发明提出的技术方案是：由聚氨酯泡沫粗化、PEI功能化修饰、交联三步制备出新型吸附离材料：
（1）聚氨酯泡沫的粗化：以去离子水为溶剂，配置三氧化铬和硫酸浓度为100g/L的粗化液，将聚氨酯泡沫切块，置于粗化液中粗化0.5-3分钟，取出用去离子水冲洗6-10次，除去残留粗化液，烘箱80oC干燥4-6小时。
（2）将粗化泡沫置于3-30g/L支化聚乙烯亚胺的N,N-二甲基甲酰胺溶液中，在搅拌条件下室温反应5-20小时。
（3）将2.5%的戊二醛水溶液倒入步骤2的反应液中，搅拌条件下室温反应1-5小时。取出用去离子水冲洗，置于60oC真空干燥箱，干燥至恒重，即得聚氨酯泡沫吸附分离材料。
本发明采用的聚氨酯泡沫为开孔或者网化泡沫，密度为0.03-0.15g/cm3。泡沫的粗化可以在泡沫的表面引入羟基、羧基、醛基等含氧基团，增强与PEI的物理化学作用，采用的支化聚乙烯亚胺分子量为600-100000g/mol。
本发明的有益效果
本发明通过聚氨酯泡沫粗化、PEI功能化修饰、交联三步制备出新型吸附离材料，反应条件温和、工艺简单，实现了废旧难以回收的聚氨酯泡沫的资源化利用，同时又为废水处理提供了一种成本低廉、吸附效果良好的吸附分离材料。该新型吸附材料结合了聚氨酯泡沫和PEI各自的优势，吸附平衡时间短、吸附速率快、吸附容量、容易再生再利用，对重金属离子和染色剂具有显著的吸附效果。大本发明既具有良好的经济意义又具有良好的社会效益。
附图说明：
图1为为实施例1中原始聚氨酯泡沫（图1a）和粗化后聚氨酯泡沫（图1b）的内部形貌扫描电子显微镜照片。
图2为实施例1中PEI功能化聚氨酯泡沫吸附材料的内部形貌扫描电子显微镜照片。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例对本发明作进一步的阐述，但需要说明的是，实施例并不构成对本发明的限定。
实施例1
将密度为0.05g/cm3的开孔聚氨酯泡沫切块，加入三氧化铬和硫酸浓度为100g/L的粗化液，粗化1min，取出并用去离子水冲洗10次，80oC干燥至恒重。粗化泡沫置于30g/L支化聚乙烯亚胺的N,N-二甲基甲酰胺溶液中，室温搅拌反应12小时，加入2.5%的戊二醛水溶液，反应2小时，取出用去离子水冲洗，置于60oC真空干燥箱，干燥至恒重，即得聚氨酯泡沫吸附分离材料。
实施例2
由实施例1得到的吸附分离材料，测得其氮含量为10.23%，取8份上述吸附材料0.05g置于容器中，分别加入8份含有二价铅离子100mg/L的废水20mL，分别振荡5、10、20、30、40、60、80、100min，在振荡时间为20min时达到吸附平衡，平衡时间快，吸附量为41.9mg/g。
实施例3
取7份实施例1得到的吸附分离材料0.05g置于容器中，分别加入7份含有二价铅离子的浓度分别为20、50、100、150、200、250、300mg/L的废水20mL，分别振荡20min，该吸附材料对二价铅离子的最大吸附量为183.0mg/g。
实施例4
由实施例1得到的吸附分离材料0.05g置于容器中，分别加入7份含有甲基橙的浓度分别为20、50、75、100、150、200、250mg/L的废水20mL（未调节pH），分别振荡120min达到吸附平衡，该吸附材料对甲基橙的最大吸附量为128.3mg/g。
实施例5
由实施例1得到的吸附分离材料0.05g置于容器中，分别加入7份含有茜素红的浓度分别为20、50、75、100、150、200、250mg/L的废水20mL（未调节pH），分别振荡120min达到吸附平衡，该吸附材料对茜素红的最大吸附量为164.0mg/g。
实施例6
由实施例1得到的吸附分离材料0.05g置于容器中，分别加入7份含有亚甲基蓝的浓度分别为20、50、75、100、150、200、250mg/L的废水20mL（未调节pH），分别振荡120min达到吸附平衡，该吸附材料对亚甲基蓝的最大吸附量为280.0mg/g。
实施例7
由实施例1得到的吸附分离材料0.05g置于容器中，加入含有二价铅离子的浓度为100mg/L废水20mL，振荡20分钟达到平衡，将负载铅离子的吸附材料，用水冲洗后，加入0.1mol/L的EDTA溶液10mL进行解吸附，解吸附率可达到99%，并可重复利用。

Claims (4)

1.一种聚氨酯泡沫吸附材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
（1）聚氨酯泡沫的粗化：以去离子水为溶剂，配置三氧化铬和硫酸浓度为100g/L的粗化液，将聚氨酯泡沫切块，置于粗化液中粗化0.5-3分钟，取出用去离子水冲洗6-10次，除去残留粗化液，烘箱80oC干燥4-6小时
（2）将粗化泡沫置于3-30g/L支化聚乙烯亚胺的N,N-二甲基甲酰胺溶液中，在搅拌条件下室温反应5-20小时
（3）将2.5%的戊二醛水溶液倒入步骤2的反应液中，搅拌条件下室温反应1-5小时，取出用去离子水冲洗，置于60oC真空干燥箱，干燥至恒重，即得聚氨酯泡沫吸附材料。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的聚氨酯泡沫为开孔或者网化泡沫，密度为0.03-0.15g/cm3。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的支化聚乙烯亚胺分子量为600-100000g/mol。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述的聚氨酯泡沫吸附材料可在吸附污染物后使用脱附剂洗脱，然后再用去离子水清洗即可再生。
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