[发明专利]一种微波辅助反相乳液重金属离子印迹材料的制备及应用

说明书

技术领域

本发明涉及环境功能吸附剂领域，尤其涉及一种微波辅助反相乳液重金属离子印迹材料的制备及应用。

背景技术

众所周知，环境中重金属镉超标会对动植物和人体造成严重的危害。离子印迹材料是一种对目标重金属有特异性吸附能力的新型吸附剂，具备分子印迹材料的优点，在重金属的分离和回收方面有广泛的应用。采用传统的方法制备出的聚合物粒径较大，而乳液聚合法可以控制制备微球的尺寸，获得的聚合物粒径较均匀。在合成聚合物的过程中一般使用传统的水浴加热法，而将微波引入制备过程会缩短反应时间，提高反应效率。

微波是频率为300MHz-300GHz的电磁波。一般的高分子材料聚合过程中都需要加热，传统的加热方法所用的时间较长，有时候会出现受热不均匀的现象。微波辅助法比传统的加热具有更加明显的优势。微波辅助法在合成时加热快，能促进反应的进行，加热均匀，能大大缩短聚合反应所用的时间。目前，微波辅助法合成已经用于使用沉淀聚合法、悬浮聚合法、乳液聚合法制备印迹材料的过程中。研究发现在制备印迹材料过程中采用微波辅助合成与传统的加热方法相比，缩短了聚合时间，加快反应的进行，使得反应速率更快，聚合物能得到更高的产率。而将微波辅助法用于反相乳液法制备离子印迹材料的过程尚未见报道。本发明通过将微波辅助法应用在反相乳液制备重金属离子印迹材料的过程中，缩短了聚合时间，提高反应产率，得到的印迹材料对重金属离子有较高的吸附量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用微波辅助反相乳液法制备重金属离子印迹材料，该印迹材料可快速收集和处理废水中的重金属。它具有合成速度快、操作简单等优点。制备的聚合物粒径较小、比表面积大、特异性吸附能力强等优点。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种微波辅助反相乳液重金属离子印迹材料的方法，，以重金属离子作为印迹离子，采用环糊精类物质和丙烯酰胺类物质作为功能单体，利用微波辅助反相乳液法，并采用双功能单体进行聚合制得粒径小、均一的印迹材料。

本发明提供的微波辅助反相乳液法制备重金属离子印迹材料的制备方法与传统的水浴加热法相比缩短了聚合时间，加快反应的进行，聚合物能得到更高的产率。环糊精类物质的外缘亲水而内腔疏水，因而它能够提供一个疏水的结合部位，作为主体包络各种适当的客体。其内腔疏水而外部亲水的特性使其可依据范德华力、疏水相互作用力、主客体分子间的匹配作用等与许多有机和无机分子形成包合物及分子组装体系，是一种理想的功能单体。丙烯酰胺类物质化学性质非常活泼，在双键及酰胺基处可进行一系列的化学反应，是一种理想的功能单体。

为了更进一步的说明本发明的技术，本发明提供了所述微波辅助反相乳液重金属离子印迹材料的方法，其步骤为：

将摩尔比为2～10：20～90：2～20的环糊精类物质、丙烯酰胺类物质和无机重金属盐溶于水溶液中，在10℃～80℃下水浴搅拌10min～60min；加入油相和乳化剂，高速搅拌处理10min～60min，得到反相预乳液；在反相预乳液中加入交联剂和引发剂，在20W～400W的微波下反应1min～80min；随后分别用乙醇和丙酮溶液对乳液进行破乳；然后加入甲醇和乙酸的混合溶液进行洗脱模板离子的处理，于20℃～80℃下振荡处理1h～8h，真空抽滤得到沉淀物；将所述沉淀物用二次蒸馏水反复洗涤至滤液pH为6～7；将洗涤后的沉淀物放置于真空干燥箱中，于30℃～80℃条件下干燥处理1h～48h，得到重金属离子印迹材料。

上述制备方法操作简单，制备出的乳液聚合物经过乙醇和丙酮破乳，在经过甲醇和乙酸的混合溶液对模板离子进行洗脱，干燥得到重金属离子印迹材料，粒径较小，比表面积较大。

具体使用时，所述的油相为液体石蜡、白油、煤油、汽油、甲苯或溶剂油。

具体应用时，所述重金属离子可选用镉离子、铜离子、铅离子、锌离子或砷离子。当重金属为镉时，其中无机重金属盐可采用为氯化镉、硝酸镉或硫酸镉。

进一步，所述环糊精类物质为α-环糊精、β-环糊精、γ-环糊精、羟丙基-β-环糊精、羧甲基-β-环糊精中的一种。所述丙烯酰胺类物质为丙烯酰胺、甲基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基丙烯酰胺、N,N-二丙基丙烯酰胺、N,N-二甲基-2-甲基丙烯酰胺、N,N-二乙基-2-甲基丙烯酰胺、N,N-二丙基-2-甲基丙烯酰胺中的一种。