[发明专利]一种用于重金属及染料吸附的超支化聚醚胺接枝GO吸附剂的制备及应用

说明书

技术领域

本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种用于重金属及染料吸附的超支化聚醚胺接枝GO吸附剂的制备方法及在水处理中对重金属离子及染料吸附的应用技术。

背景技术

新兴工业的快速发展，虽然给人们的生活带来了极大的便利，但是工业废水，特别是含有大量重金属离子或染料的废水汇入江河湖泊，对水资源造成了严重污染，进而威胁到了经济的持续发展及人类的健康生存。因此如何高效地处理含有大量重金属离子或染料的废水引起了人们越来越多的重视，而且这也已经成为当今废水处理的重点和难点。目前已知的处理废水的方法有离子交换法、膜分离法、化学沉淀法、絮凝法和吸附法等方法。其中，吸附法以其操作简单、成本较低、应用范围宽等特点得到广泛的应用。然而，传统的吸附剂存在吸附效率低以及吸附量小等缺点，不能很好地满足污水健康化处理的要求。因此，新型、高效的吸附剂的开发就显得十分紧要。

专利CN104226281A公开了一种包含聚乙烯醇、壳聚糖、改性氧化石墨烯、海藻酸钠的复合水凝胶的制备方法，该水凝胶对于水中Cu²⁺、Pb²⁺、Cd²⁺的最大吸附容量分别为202.94 mg/g、296.2 mg/g、212.01 mg/g；专利CN104014298A公开了一种固体过氧化钛的制备方法，该吸附材料对于阳离子染料亚甲基蓝、孔雀石绿及中性红的最大吸附容量均在350 mg/g以下。以上发明中吸附剂对于重金属离子或染料的最大吸附容量均低于本发明。

与线性大分子相比，树形及超支化聚合物具有良好的溶解性、较小的溶液和熔体粘度、极低的分子链缠结程度、分子内空腔以及大量末端官能团等特点。而与树形聚合物相比，超支化聚合物的合成过程简单，如可以通过AB₂型单体或“A₂+B₃”单体对（A和B是可相互反应的官能团）一步法合成，这就大大降低了材料的制备成本（Progress in Polymer Science, 2004, 29, 183-275）。因此，超支化聚合物在涂料、流变助剂、生物材料、光电材料等诸多领域均表现出了其潜在的工业应用价值。近年来，有学者利用水溶性超支化聚合物的结构特点，将其负载到其他材料上，成功地实现了污水中金属离子的去除。如Cao Q.等人（Journal of Hazardous Materials, 2013, 263, 311-321）从聚苯乙烯-二乙烯基苯小球表面经过“graft-from”的方法原位接枝上超支化聚胺酰胺，所制备的新型吸附剂上含有大量的氨基，能够高效率地去除水中的U⁶⁺离子，吸附量为99.89 mg/g。但是以上方案对于重金属离子的吸附容量不是很高，远低于本发明。

氧化石墨烯（GO）是一类新型的二维纳米材料，具有较高的比表面积以及丰富的表面官能团，且在水中具有一定的分散性，这使得它具有一定的污水处理能力，但是单纯采用GO作为吸附材料的效果并不是很理想。然而，GO表面的可反应性基团使得其可以进行进一步的修饰和改性，从而有望实现其吸附性能的改善。为了开发一种同时对重金属离子及染料都有较好吸附效果的吸附剂，本发明首次采用超支化聚醚胺（HPEA）对GO进行了接枝改性，所得到的新型吸附材料GO-HPEA对重金属离子或阳离子染料的吸附量均在500 mg/g以上，吸附效果高于已报到的大多数材料。本发明中的超支化聚醚胺接枝氧化石墨烯吸附剂的制备方法简单，吸附容量高，可重复利用，绿色环保，并且未见公开的专利和文献报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于重金属及染料吸附的超支化聚醚胺接枝GO吸附剂的制备方法。本发明的目的还在于提供一种新型吸附剂去除水中重金属离子及阳离子染料的方法。

本发明的技术方案如下：

1. 一种用于重金属及染料吸附的超支化聚醚胺接枝GO吸附剂的制备

（1）超支化聚醚胺HPEA的制备

称取2～15 g聚醚双缩水甘油醚单体，加入20～80 mL溶剂中，完全溶解后得到溶液A，将1.2～2.5 g的多元胺类单体溶于10～30 mL溶剂中配成溶液B；在20～45 ℃、搅拌的条件下将溶液B滴加到溶液A中，滴加完毕后，反应24～48 h，升温至60～90 ℃，反应12～24 h，得到混合液；所得混合液经蒸发浓缩，用沉降剂多次沉降洗涤，弃去上清液，所得产物经真空干燥，制得超支化聚醚胺HPEA；

（2）超支化聚醚胺接枝的氧化石墨烯吸附剂GO-HPEA的制备