[发明专利]一种交联聚乙烯亚胺改性整体材料及其制备方法、应用

说明书

本发明提供一种交联聚乙烯亚胺改性整体材料及其制备方法，制备步骤如下：将密胺海绵放置在含多巴胺的弱碱水溶液中，超声、振荡、洗涤、干燥，即得到聚多巴胺/密胺海绵整体材料；将聚多巴胺/密胺海绵整体材料加入到聚乙烯亚胺和戊二醛混合的无水乙醇溶液中，旋转蒸发，除去乙醇，洗涤、干燥，得到交联聚乙烯亚胺改性整体材料。本发明制备的交联聚乙烯亚胺改性整体材料的孔道发达、通畅，表面负载均匀、牢靠，且表面富含氨基，在静态吸附和连续流动吸附模式下均能有效清除重金属离子及有机阴离子染料。本发明提供的制备方法简单、易于规模化，且具有极高的反应原料利用率，降低了生产过程中的原料污染风险。

技术领域

本发明涉及重金属离子与有机阴离子染料污染物清除领域，尤其涉及一种交联聚乙烯亚胺改性整体材料及其制备方法、应用。

背景技术

近年来，由于聚乙烯亚胺改性整体材料在吸附清除水体重金属、有机阴离子染料等方面具有成本低、效率高、易于分离、可组建连续流装置等突出优势，使其在污水净化等领域显示出了极佳的应用前景。然而，聚乙烯亚胺具有良好的水溶性，直接将其物理浸渍至整体基材表面存在易脱落流失的问题；尽管将聚乙烯亚胺经交联后再负载可避免其溶失，但负载往往不均匀，易堵塞孔道；将聚乙烯亚胺链嫁接在整体基材表面能够达到牢固负载的目的，但嫁接率往往偏低，导致材料的处理容量有限；将聚乙烯亚胺与氧化石墨烯、丝素、明胶等复合形成整体式水凝胶可以达到高负载率的效果，但是所制得的整体材料在水体应用中通常存在体积膨胀、机械稳定性差等不足。因此，开发简单、低成本且易于规模化的制备方法，研制出一种负载牢靠、负载量高且均匀的聚乙烯亚胺改性整体材料，对于实现静态吸附和连续流动吸附水体重金属和有机阴离子染料具有重要的实际应用价值。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种负载牢靠、负载量高且均匀的交联聚乙烯亚胺改性整体材料，还提供了一种工艺简便的交联聚乙烯亚胺改性整体材料的制备方法及该交联聚乙烯亚胺改性整体材料在静态吸附和连续流动吸附模式下清除重金属和有机阴离子染料上的应用。

本发明提供一种交联聚乙烯亚胺(Polyethylenimine，PEI)改性整体材料，以廉价易得且具有三维通孔的密胺海绵(Melamine sponge,MS)为基材，先利用多巴胺对密胺海绵的表面进行修饰形成均匀的聚多巴胺(Polydopamine，PDA)包覆层，然后在旋转蒸发条件下将戊二醛交联的聚乙烯亚胺改性至所述聚多巴胺包覆层上，即得到交联聚乙烯亚胺改性整体材料(PEI@PDA/MS)。本发明制得的交联聚乙烯亚胺改性整体材料中，交联的聚乙烯亚胺能够均匀沉积在整体材料的表面，孔道内未出现任何游离颗粒；而且，在沉积包覆过程中，所采用的旋转蒸发方法使得溶液中反应原料(聚乙烯亚胺和戊二醛)全部用于表面包覆层的生成，原料利用率几乎达到100％，明显优于常规包覆方法，可以有效减低生产过程中的化学原料污染。

本发明还提供了上述交联聚乙烯亚胺改性整体材料的制备方法，包括以下步骤：

S1，制备聚多巴胺/密胺海绵整体材料(PDA/MS)：将密胺海绵放置在含多巴胺的弱碱水溶液中，多巴胺氧化聚合至密胺海绵上，经超声、振荡、洗涤、干燥，即得到聚多巴胺/密胺海绵整体材料；

S2，制备交联聚乙烯亚胺改性整体材料(PEI@PDA/MS)：将聚多巴胺/密胺海绵整体材料加入到聚乙烯亚胺和戊二醛组成的混合无水乙醇溶液中，旋转蒸发，除去乙醇，然后恒温持续加热，之后洗涤、干燥，即得到交联聚乙烯亚胺改性整体材料。

进一步地，步骤S1中，密胺海绵和多巴胺的质量比为(0.05-0.20)：(0.10-0.20)。

进一步地，步骤S1中，弱碱水溶液采用Tris-HCl水溶液，Tris-HCl水溶液的pH值为7.5～9，浓度为2～20mmol/L，Tris-HCl水溶液与密胺海绵的用量比为(80-100)mL：(0.10-0.20)g；振荡温度为20～40℃，振荡时间为1～3h。