[发明专利]磁性接枝聚合物载体的制备方法、制备的载体及其应用

说明书

本发明公开了一种磁性接枝聚合物载体的制备方法，由此制备的磁性接枝聚合物载体以及该载体通过活性污泥反应器处理污水的方法。所述磁性接枝聚合物载体包括磁性复合内核和水溶性的高分子长链，所述磁性复合内核是四氧化三铁磁性粒子与含有环氧基团的高分子共聚物组成的复合体，所述水溶性的高分子长链是含有活泼氨基的水溶性高分子聚合物。在污泥反应器中加入所述磁性接枝聚合物载体，能够加速颗粒活性污泥的形成，改善污泥的沉降性能；在磁场作用下，能大幅提高活性污泥的沉降性能，同时有较好的出水质量。根据本发明的制备方法，无需使用有机溶剂，工艺步骤少，操作简单，环境友好，易于大批量的工业化生产。

技术领域

本发明涉及水处理系统的复合材料领域，特别是涉及一种磁性接枝聚合物载体的制备方法，由该方法制备的磁性接枝聚合物载体以及该磁性接枝聚合物载体的用途。

背景技术

近年来，接枝聚合物载体因其具有较高的接枝密度和丰富的功能性基团，在生物医药、环境保护等领域展现出广阔的应用前景。磁性粒子能够在磁场作用下，具有良好的磁响应；磁场消失，磁性又随之消失，因此，磁性粒子的引入，又进一步丰富了接枝聚合物载体的功能性。

磁性接枝聚合物载体由磁性复合内核与功能性的接枝聚合物外壳组成。磁性复合内核是将磁性粒子弥散的分布在聚合物中，虽然在一定程度上削弱了磁性纳米粒子的磁性能，但是可以提高磁性粒子的分散性、稳定性和生物相容性；同时，多官能度单体的加入，还增加了磁性复合内核的应用价值。通过调控磁性复合内核的磁性粒子和聚合物单体的质量比，可以调控磁性接枝聚合物载体的表观密度。磁性接枝聚合物载体可以根据应用领域的需求，选择一些具有功能性或者通过接枝改性引入需要的功能基团或功能物质，如带有pH响应性的羧基和氨基、带有温敏性的异丙基丙烯酸酯、带有包合作用的环糊精以及亲水性的丙烯酸等等。

经对现有技术的文献检索发现，中国专利CN 108467461B公开了一种制备磁性微球的方法，单体甲基丙烯酸缩水甘油酯在引发剂和乳化剂或分散剂的存在下，自由基聚合制备得到单分散聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球；通过一步种子溶胀聚合制备得到更大尺寸的单分散多孔聚甲基丙烯酸缩水甘油酯微球；加入二价和三价铁搅拌后升高体系温度，加入过量浓氨水，通过铁盐沉积-碱性共沉淀法原位制备得到单分散超顺磁性微球；通过蒸馏沉淀聚合对该磁性微球进行表面羧酸修饰。工艺步骤复杂，使用甲苯、乙腈等多种有机溶剂。同样地中国专利CN102964539B也公开了一种多孔磁性聚苯乙烯微球的制备方法，依然需要致孔剂如甲苯、正庚烷等有机溶剂提供较大的比表面积，且与磁性接枝聚合物载体相比，没有丰富的功能化空间。中国专利CN110681416A公开了一种含磺酸基磁性聚合物微球及其制备方法及应用，在聚合过程中，直接添加含有磺酸基团的单体，将磺酸基团直接引入到聚合物微球中，减少磺化工序，但是磺酸基团在潮湿环境中，易分解，后续的功能化也需要在有机溶剂如乙腈、二氯甲烷溶剂中进行。

Bayramoglu等在《Food Chemistry》发表的“硅烷化和聚合物刷接枝改性磁性纳米粒子提高转化酶稳定性和性能”(Improvement stability and performance ofinvertase via immobilization on to silanized and polymer brush graftedmagnetic nanoparticles)中报道了用化学法合成纳米磁性粒子，表面包覆二氧化硅后，再经过溴乙酰溴改性，再以溴化铜为引发剂，在联吡啶和二恶烷中，进行原子转移自由基聚合接枝甲基丙烯酸缩水甘油酯，再使用四氢呋喃、甲苯等溶剂提纯，制得的磁性接枝聚合物路线新颖，但工艺步骤复杂，使用多种有机溶剂。