[发明专利]一种杯[4]芳烃疏水改性温敏水凝胶及其制备方法与应用

说明书

本发明涉及智能高分子材料领域，公开了一种杯[4]芳烃疏水改性温敏水凝胶及其合成方法与应用，首先通过以4‑戊烯酰氯酰化将烯烃基团修饰在对叔丁基杯[4]芳烃上，然后经过自由基聚合将酰化对叔丁基杯[4]芳烃引入N‑异丙基丙烯酰胺水凝胶骨架，得到杯[4]芳烃疏水改性温敏水凝胶。本发明以4‑戊烯酰氯为酰化剂，酰化反应条件温和，并且操作简单，经过一步反应就可以将对叔丁基杯[4]芳烃改性为烯烃单体。本发明所制备水凝胶可用于有机污染物的循环吸附和脱附。

技术领域

本发明涉及智能高分子材料领域，具体涉及一种杯[4]芳烃疏水改性温敏水凝胶及其制备方法与应用。

背景技术

五氯苯酚被广泛用于杀虫剂和木料防腐剂，可以缓慢释放到空气、水和土壤中。它对人体具有致癌效应，同时还会干扰内分泌系统。现有技术中，常用吸附法除去水中的五氯苯酚，常用的吸附材料有活性炭、硅胶、活性氧化铝和分子筛等。但这些材料存在吸附平衡慢、再生率低，再生途径耗能高等问题，所以亟需开发一种吸附率高、可以简易再生的材料。

聚异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)水凝胶，具有三维网络和贯通的多孔结构，比表面积高，溶胀率大，适宜用于水溶液吸附。另外，PNIPAM分子内部氢键、分子间氢键及与水分子之间的氢键作用，使其链段溶于水；但当温度升高至低共熔点(LCST)以上时，PNIPAM部分与水之间的氢键被破坏，分子内和分子间氢键与疏水作用使PNIPAM链段疏水，体积收缩，从而具有温敏性。因此， PNIPAM水凝胶可用于循环吸附和脱吸附。

但是，五氯苯酚有较高的辛醇/水分配系数(logk_ow＝5.25)，被亲水性强的 PNIPAM水凝胶吸附较弱(平衡吸附率＝1.52mg/g)。因此，对PNIPAM水凝胶进行疏水改性是提高其对五氯苯酚吸附率的一种方法。由于对叔丁基杯[4]芳烃 (TBCX4)不但可以通过疏水作用，而且还可以利用主客体作用吸附有机分子五氯苯酚。本发明采用对叔丁基杯[4]芳烃烯类疏水单体，以1，4-二氧六环为溶剂与异丙基丙烯酰胺(NIPAM)进行简单的自由基共聚，制备出杯[4]芳烃疏水改性温敏水凝胶(PNIPAM-TBCX4)，以实现对五氯苯酚的高效、可再生吸附。由于NIPAM 与疏水单体共聚时未采用自由基溶液胶束聚合的方法，所以反应中不需要加入表面活性剂，不会对产物的LCST造成影响。

发明内容

为了克服现有技术的缺点和不足，本发明的首要目的是提供一种杯[4]芳烃(CX4)疏水改性温敏水凝胶的制备方法。

本发明的另一目的在于提供由上述方法制备得到的杯[4]芳烃疏水改性温敏水凝胶。

本发明的再一目的在于提供上述杯[4]芳烃疏水改性温敏水凝胶的应用。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种杯[4]芳烃(CX4)疏水改性温敏水凝胶，其结构式如式I所示：

式I中，m为1以上的自然数，n为20以上的自然数，n：m为1：(20～50)。

所述杯[4]芳烃疏水改性温敏水凝胶的制备方法包括以下步骤：首先通过以 4-戊烯酰氯酰化将烯烃基团修饰在对叔丁基杯[4]芳烃上，然后经过自由基聚合将酰化对叔丁基杯[4]芳烃引入N-异丙基丙烯酰胺水凝胶骨架,得到杯[4]芳烃疏水改性温敏水凝胶。

所述酰化对叔丁基杯[4]芳烃的合成路线如式II所示：

所述杯[4]芳烃疏水改性温敏水凝胶的制备方法具体包括以下步骤：

(1)反应器中加入对叔丁基杯[4]芳烃、4-戊烯酰氯、三乙胺、三氯甲烷,恒温反应，过滤除去不溶物，滤液依次用盐酸、氢氧化钠、水洗涤，分出三氯甲烷相，以无水硫酸镁干燥，过滤后，减压蒸馏除去滤液的溶剂，得到酰化对叔丁基杯[4]芳烃；